Отчет о научно-исследовательской работе. Односторонняя печать

2.4. Изменение внутренних напряжений многослойных полимерных
покрытий при низких температурах 
При хранении труб на открытых площадках вследствие сезонных и суточ-
ных колебаний температуры окружающей среды происходит периодический 
нагрев и охлаждение (и соответственно, изменение объема), как металла трубы, 
так и слоя полимерного покрытия. В силу ряда специфических свойств пластиче-
ских масс (низкий коэффициент температуропроводности, гетерогенность и гете-
рофазность и т. д.) изменение объема материала по толщине стенки изделия про-
исходит неравномерно. Так, вследствие низкого коэффициента температуропро-
водности по толщине стенки нагреваемого или охлаждаемого изделия возникает 
значительный температурный градиент, приводящий к неравномерному измене-
нию объема материала. Поскольку скорость процесса охлаждения или нагревания 
пластических масс определяется температурой, то при наличии температурного 
градиента скорость этих процессов различна по толщине стенки изделия, следова-
тельно, по-разному изменяется объем в отдельных слоях материала.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
а
б
в
г
д
е
0
100
200
300
400
300-400
200-300
100-200
0-100
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
90
110
130
150
170
190
210
230
250
270
290
310
330
350
370
390
карман
ч
а
с
то
та
а 
б 
Н/см 
Диапазон значений, Н/см 

---

81 
 
 
Порядок расчета температурных напряжений следующий. Температуропро-
водность материала (м
2
/с) может быть определена по выражению 
t
D
c
k
н










(2.17) 
где k – коэффициент теплопроводности, Вт/м К;

– плотность полиэтилена, кг/м
3
;
с – удельная теплоемкость, Дж/кг

К;
D
н
– наружный диаметр трубы, м;

t – время, за которое будет происходить изменение температуры в слое, с;

– толщина слоя, м. 
Толщина слоя, температура которого снижается до уровня, соответствую-
щего температуре окружающей среды за период времени, равный 

t, может быть 
определена по выражению 
c
D
t
k
н
с









(2.18) 
Механизм охлаждения материала покрытия имеет следующие особенности. 
В первый момент слой материала, соприкасающийся с холодной средой, резко 
охлаждается, в то время как температура средних слоев еще достаточно высока. 
Поверхностные слои материала сжимаются в соответствии с коэффициентом тер-
мического расширения данного материала, чему препятствуют внутренние горя-
чие слои.
Поскольку задача решается для условий экстремально низких температур, 
то можно полагать, что величина напряжений 
 

определяется в предположении, 
что напряжения, возникающие в покрытии, связаны с величиной относительной 
деформации в соответствующем направлении 
 

линейной зависимостью: 



п
Е
где 
п
E
– Модуль упругости материала, Па; 
Термические напряжения в этих условиях в рассматриваемом слое материа-
ла, если предположить, что материал деформируется упруго, могут быть рассчи-
таны исходя из условия 

---