وقتی ظرفی استوانه‌ای شکل مانند یک لوله پلی اتیلن را تحت فشار سیال داخل آن قرار می‌دهیم،تنش اصلی بر دیواره آن وارد می‌شود. به یکی از این تنش‌ها که در راستای محورلوله گسترش می‌یابد، تنش محوری (طولی) می‌گویند و به تنش دیگری که در دور جسم گسترش می‌یابد، تنش حلقوی یا محیطی می‌گویند. از آنجایی که بزرگی تنش حلقوی تقریباً 2 برابر بزرگی تنش محوری است، در طراحی خطوط لوله پلی اتیلن تحت فشار، تنش حلقوی به عنوان تنش اصلی مد نظر قرار می‌گیرد.

تنش حلقوی در تمام دیواره لوله پلی اتیلن مقدار ثابتی ندارد، بلکه مقدار آن در سطح داخلی لوله پلی اتیلن بیش از مقدار آن در سطح خارجی لوله است. این اختلاف در تنش حلقوی داخل و خارج لوله در مورد موادی که سفتی بیشتری دارند و در لوله‌هایی با دیواره ضخیم تر، افزایش می‌یابد. با این حال از مدت‌ها پیش در مورد لوله‌های ساخته شده از مواد گرمانرم – موادی که می‌دانیم سفتی بسیار کمتری از فلزات دارند – از تغییر تنش حلقوی در ضخامت دیواره لوله صرفه نظر شده و ثابت فرض می‌شود. در چنین مواردی، استفاده از معادله تنش حلقوی دیواره نازک[1] به نتایج راضی کننده‌ای منجر شده و بوسیله استانداردهای موجود در زمینه لوله‌های گرمانرم، مورد استفاده قرار گرفته است. این معادله که بیشتر با عنوان معادله ISO (سازمان بین المللی استاندارد: International Organization for Standardization) شناخته می‌شود، چرا که توسط این سازمان برای لوله‌های گرمانرم مورد استفاده قرار گرفته است، به شرح زیر است:

(1)

که در آن:

S = تنش حلقوی برحسب psi یا MPa

P = فشار داخلی بر حسب psi یا MPa

Dm = میانگین قطر بر حسب اینچ یا میلیمتر

t = حداقل ضخامت دیواره بر حسب اینچ یا میلیمتر

 

لوله پلی‌اتیلن ممکن است با قطر خارجی ثابت (کنترل شده) ساخته شوند و یا در برخی موارد با قطر داخلی ثابت ساخته شوند، معادله بالا در استانداردهای لوله پلی‌اتیلن به یکی از شکل‌های زیر ظاهر می‌شود:

وقتی که لوله با قطر خارجی کنترل شده تولید گردیده است:

(2)

که در آن DO برابر با میانگین قطر خارجی است.

وقتی که لوله با قطر داخلی کنترل شده تولید گردیده است:

(3)

که در آن Di برابر با میانگین قطر داخلی است.

 

به منظور طراحی لوله‌ پلی اتیلن تحت فشار، درجه بندی فشار لوله (PR) بوسیله تنش طراحی هیدرواستاتیک (HDS) آن حاصل می‌شود که مربوط به ماده اولیه‌ای است که لوله از آن ساخته شده است. بنابراین می‌توان معادله (2) را بر حسب HDS به صورت زیر مرتب کرد:

(4)

که در آن PR درجه بندی فشار (psi یا MPa) و HDS تنش طراحی هیدرواستاتیک (psi یا MPa) است.

و معادله (3) تبدیل می‌شود به:

(5)

به عبارت Do/t، نسبت ابعادی قطر خارجی و به عبارت Di/t نسبت ابعادی قطر داخلی می‌گویند. در استانداردهای لوله پلی‌اتیلن متداول است، نسبت‌های فوق در قالب تعداد معدودی از نسبت‌های استاندارد محدود می‌شود. عبارات و مخفف‌های بکار رفته در استاندارد ASTM برای چنین مواردی عبارت است از:

  • نسبت ابعادی استاندارد (SDR: Standard Dimension Ratio) برای نسبت ابعادی استاندارد Do/t
  • نسبت قطر داخلی استاندارد (SIDR: Standard Internal Diameter Ratio) برای نسبت ابعادی استاندارد Di/t