以塑代钢符合国家可持续发展战略的需求,相比传统的金属管道,聚乙烯(PE)管道因具有耐化学腐蚀、易施工、易维护及使用寿命长等优点,广泛应用于供水、供燃气和油气输送工程等国家重要生命线工程。PE燃气管等压力管道的设计寿命要求50年以上,在服役过程中,长期承受内压作用,慢速裂纹扩展(SCG)是其失效的主导机制,影响管道服役寿命;同时,PE压力管道通常被埋置在地下,地下水的过量抽取和地震等引起的地基不均匀沉降会引发管道附加变形,甚至导致管道失效与破坏,从而危及人民的生命与财产安全。因此,对PE压力管道材料耐SCG性能的正确评价和管道安全服役行为的有效评估具有重要的学术价值和工程指导意义。本文的主要研究内容与结论如下:(1)PE管材的应变硬化模量测试与耐SCG性能评估。详述了PE管材耐SCG性能加速评价的应变硬化模量法。依据国际标准ISO18488,制备4种PE100和1种PE100-RC级管材专用料的标准试样,对试样进行不同应变率下的恒温拉伸测试,分析其应变硬化行为,得到应变硬化模量。基于应变硬化模量对上述5种PE管材进行耐SCG性能评估,并探讨了温度与拉伸速率对应变硬化模量的影响。结果表明,PE100-RC管材比PE100管材具有更优越的耐SCG性能;当拉伸速率一定时,应变硬化模量随温度升高而近似线性下降,当温度恒定时,应变硬化模量随拉伸速率的增大而呈现对数增长的趋势。(2)地基沉降引起埋地PE管道屈服失效的模拟分析。对PE管材进行不同应变率下的拉伸试验,基于试验结果,确定了材料的率相关本构模型及其参数。利用Abaqus大型有限元平台模拟了埋地PE燃气管道由于地基沉降引起的附加应力和应变,分析了管道应力分布随沉降位移的变化规律,探讨了过渡段长度对管道屈服失效的影响。结果表明,PE燃气管的最大Mises应力随沉降位移的增大而增大,发生屈服失效的危险段位于过渡段与沉降区的交界处或过渡段与非沉降区的交界处;随着过渡段长度的增加,引起管道屈服失效的沉降位移增大;在相同的沉降位移作用下,过渡段长的埋地PE燃气管道比过渡段短的更安全。