TY - THES

T1 - Bewertung von Oberflächendefekten und bruchmechanische Lebensdauerabschätzung von innendruckbelasteten Rohren aus Polyethylen

AU - Hartl, Anna Maria

N1 - gesperrt bis null

PY - 2010

Y1 - 2010

N2 - Die Lebensdauer von Polyethylen (PE)-Rohren unter Innendruck ist durch das typisch auftretende Langzeitversagensverhalten der Rissinitiierung und des quasi-spröden Risswachstums gekennzeichnet. Dabei verursachen inhärente Defekte im Material oder Beschädigungen an der Rohroberfläche Spannungskonzentrationen, welche für die Initiierung und das Wachstum von Rissen verantwortlich sind. Im Rahmen dieser Masterarbeit erfolgte zum einen die Entwicklung einer raschen und baustellengeeigneten Messmethodik zur Bewertung von Oberflächendefekten an der Rohraußenwand. Hierfür wurden mit einer geeigneten Abformmasse aus Silikon sogenannte Defekt-Negative erstellt, deren hohe Abformgenauigkeit von mehr als 90 % wurde mittels hochauflösender Topographiemessung bestätigt. Die Defekt-Negative ermöglichen in weiterer Folge ein relativ einfaches Vermessen der Defekttiefen und -breiten selbst von scharfen Beschädigungen und bieten weiters interessante Optionen hinsichtlich der Dokumentation und Archivierung von Oberflächenbeschädigungen. Mit Hilfe der Defekt-Negative erfolgte eine umfangreiche systematische Beurteilung der Oberflächen von unterschiedlich installierten PE-Rohren, wobei Mustern aus grabenlos installierten Rohren besondere Aufmerksamkeit gewidmet wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass für die Rohre aus realen (auch grabenlosen) Anwendungen keine Defekte zu erwarten sind, welche eine kritische Defekttiefe von 10 % der Rohrwandstärke erreichen. Bei einem Musterrohr aus einer Teststrecke, welches gezielt mit einer Punktlast beansprucht wurde, und an der Innenseite eines abgequetschten Rohrs wurde hingegen ein Überschreiten der 10 %-Marke festgestellt. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Masterarbeit war die Evaluierung einer bereits entwickelten Prüf- und Extrapolationsmethodik zur beschleunigten Lebensdauerabschätzung von innendruckbelasteten Rohren, die auf der Messung der Risskinetik mit CRB-Prüfkörpern mit zyklischen Versuchen bei unterschiedlichen R-Verhältnissen basiert. Hierfür wurden die entsprechenden bruch-mechanischen Parameter für zwei PE Materialien bei einer Temperatur von 60 °C bestimmt und die Risswachstumszeit in einem innendruckbelasteten Rohr bis zum Versagen vorhergesagt. Die gute Übereinstimmung der extrapolierten Versagenszeiten zu realen quasi-spröden Versagenszeiten aus Zeitstandinnendruckversuchen derselben Temperatur bestätigte die Gültigkeit der untersuchten Prüfmethodik.

AB - Die Lebensdauer von Polyethylen (PE)-Rohren unter Innendruck ist durch das typisch auftretende Langzeitversagensverhalten der Rissinitiierung und des quasi-spröden Risswachstums gekennzeichnet. Dabei verursachen inhärente Defekte im Material oder Beschädigungen an der Rohroberfläche Spannungskonzentrationen, welche für die Initiierung und das Wachstum von Rissen verantwortlich sind. Im Rahmen dieser Masterarbeit erfolgte zum einen die Entwicklung einer raschen und baustellengeeigneten Messmethodik zur Bewertung von Oberflächendefekten an der Rohraußenwand. Hierfür wurden mit einer geeigneten Abformmasse aus Silikon sogenannte Defekt-Negative erstellt, deren hohe Abformgenauigkeit von mehr als 90 % wurde mittels hochauflösender Topographiemessung bestätigt. Die Defekt-Negative ermöglichen in weiterer Folge ein relativ einfaches Vermessen der Defekttiefen und -breiten selbst von scharfen Beschädigungen und bieten weiters interessante Optionen hinsichtlich der Dokumentation und Archivierung von Oberflächenbeschädigungen. Mit Hilfe der Defekt-Negative erfolgte eine umfangreiche systematische Beurteilung der Oberflächen von unterschiedlich installierten PE-Rohren, wobei Mustern aus grabenlos installierten Rohren besondere Aufmerksamkeit gewidmet wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass für die Rohre aus realen (auch grabenlosen) Anwendungen keine Defekte zu erwarten sind, welche eine kritische Defekttiefe von 10 % der Rohrwandstärke erreichen. Bei einem Musterrohr aus einer Teststrecke, welches gezielt mit einer Punktlast beansprucht wurde, und an der Innenseite eines abgequetschten Rohrs wurde hingegen ein Überschreiten der 10 %-Marke festgestellt. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Masterarbeit war die Evaluierung einer bereits entwickelten Prüf- und Extrapolationsmethodik zur beschleunigten Lebensdauerabschätzung von innendruckbelasteten Rohren, die auf der Messung der Risskinetik mit CRB-Prüfkörpern mit zyklischen Versuchen bei unterschiedlichen R-Verhältnissen basiert. Hierfür wurden die entsprechenden bruch-mechanischen Parameter für zwei PE Materialien bei einer Temperatur von 60 °C bestimmt und die Risswachstumszeit in einem innendruckbelasteten Rohr bis zum Versagen vorhergesagt. Die gute Übereinstimmung der extrapolierten Versagenszeiten zu realen quasi-spröden Versagenszeiten aus Zeitstandinnendruckversuchen derselben Temperatur bestätigte die Gültigkeit der untersuchten Prüfmethodik.

KW - Polyethylen Rohre Defekte Lebensdauerabschätzung Ermüdung langsames Risswachstum

KW - polyethylene fatigue pipe slow crack growth lifetime prediction defects

M3 - Masterarbeit

ER -