厚壁圓筒熱沖擊作用下的應(yīng)力場

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1、厚壁圓筒熱沖擊作用下的應(yīng)力場第22卷第4期2007年12月西南科技大學(xué)JournalofSouthwestUniversityofScienceandTechnologyVol_22No.4Dec.2007厚壁圓筒熱沖擊作用下的應(yīng)力場負英偉王帥吳香國張廣峻(1.洛陽理工學(xué)院河南洛陽471023;2.哈爾濱工程大學(xué)黑龍江哈爾濱150001;3.邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院河北邢臺054000;)摘要:針對沖擊的瞬時特性,在熱沖擊問題的邊界條件中引入6函數(shù),在運用Laplace變換的方法求解厚壁圓筒內(nèi)部受熱沖擊

2、作用溫度場的基礎(chǔ)上,求解了圓筒的熱應(yīng)力響應(yīng),探討了熱應(yīng)力隨時間的變化,隨圓筒內(nèi)外徑比的變化,為研究管式反應(yīng)器減小熱沖擊損傷提供理論參考.關(guān)鍵詞:熱沖擊厚壁圓筒熱應(yīng)力中圖分類號:0343.6文獻標識碼:A文章編號:1671—8755(2007)04—0053—06StudyofThermalStressFieldonThickWallCylinderbyThermalShockTreatmentYUNYing—Wel～,WANGShuai,WUXiang—guo,ZHANGGuang-jun(1.

3、LuoyangInstituteofScienceandTechnology,Luoyang471023,Henan,China;2.HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,Heilongfiang,China;3,XingtaiVocationalTechnicalCollege,Xingtai054000,Hebei,China)Abstract:Inaccordancewiththetransientpmpe~yofshock,thefunctio

4、nwasintroducedinboundaryconditionsofthermalshockproblem.BasedonthesolutionofthetemperaturefieldinsidethethickwallcylinderbythermaltreatmentobtainedbyLaplacetransform,thermalstressresponseofcylinderisfound.Effectoftimeandcylinderradiusratioonthermalst

5、resswasdiscussed,providingatheoreticalreferenceforthestudyofthedecreaseonthefatiguedamageoftherectorunderthermalpunch.Keywords:Thermalshock;Thickwallcylinder;Thermalstress在石油化工行業(yè)中,超高壓聚乙烯管式反應(yīng)器是聚乙烯中的關(guān)鍵設(shè)備之一,它能否長期安全的運行直接關(guān)系到工廠的產(chǎn)值,利潤以及人身財產(chǎn)的安全.目前,國內(nèi)20世紀80年代

6、引進的幾套該設(shè)備使用年限都處于設(shè)計壽命的中后期階段,安全系數(shù)逐漸減小,國內(nèi)已經(jīng)發(fā)生過十幾起事故¨I2.在管式反應(yīng)器服役期間,由于管內(nèi)每克分子乙烯聚合反應(yīng)會產(chǎn)生23千卡的熱效應(yīng),當熱量來不及導(dǎo)出時,會引起乙烯爆炸性分解,使反應(yīng)管內(nèi)壁溫度急劇增加,甚至瞬問可達到700—1000oC的異常高溫.若不及時處理,不僅因乙烯分解產(chǎn)生的細粒碳黑有可能堵塞反應(yīng)器和管道,而且可形成足以破壞反應(yīng)設(shè)備的壓力,引起災(zāi)難性事故.所以,乙烯生產(chǎn)中設(shè)置了嚴密的安全控制系統(tǒng).一旦出現(xiàn)超溫,控制系統(tǒng)會立即啟動冷料乙烯壓縮系統(tǒng),往

7、反應(yīng)管內(nèi)打人冷料.乙烯分解反應(yīng)的發(fā)生和緊急處理的過程,對反應(yīng)管而言是一個溫度壓力急劇增加和急劇降低的熱沖擊過程.熱沖擊作用時,反應(yīng)管厚壁上形成極陡的溫度梯度和幅度很大的熱應(yīng)力.管內(nèi)溫度的急增和急冷,不僅使管內(nèi)壁受到拉伸和壓縮的交變應(yīng)力,而且瞬問高溫還可以使反應(yīng)收稿日期:2007—03—28作者簡介:負英偉(1979一),男,講師,在讀博士,研究方向為工程力學(xué).E—mail:yunyingwei@sohu.corn.西南科技大學(xué)第22卷管材質(zhì)發(fā)生相變,使材質(zhì)劣化,屈服強度降低.以上熱沖擊作用,不僅

8、易造成反應(yīng)管內(nèi)自增強殘余應(yīng)力的衰減,而且會加速反應(yīng)管內(nèi)裂紋的萌生和失效.所以,反應(yīng)管經(jīng)受熱沖擊時的損傷問題,已經(jīng)成了高壓聚乙烯容器的設(shè)計制造和使用單位亟待解決的重大課題,也是反應(yīng)管安全性研究中必須考慮的主要問題之一.對這一問題的認識,目前還處于感性階段,從研究反應(yīng)器受熱沖擊作用的應(yīng)力響應(yīng)出發(fā),探討反應(yīng)器自增強殘余應(yīng)力的衰減機理和損傷機理,進而提出減小熱沖擊損傷的措施是必要的.所以,以熱彈性理論為基礎(chǔ),考察反應(yīng)器的熱沖擊,研究厚壁圓筒熱沖擊作用下的應(yīng)力分布,可以為超高壓容器取材設(shè)計和安全性問題提供