超高压管式反应器端部结构应力场的研究

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1、第50卷第2期机械工程学报VO1．50NO．22014年1月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJan．2014DoI：10．3901／JME．2014．02．104超高压管式反应器端部结构应力场的研究冰危书涛，2陈学东，2崔军聂德福范志超f1．合肥通用机械研究院合肥230031；2．中国石油大学(华东)化学工程学院青岛266580)摘要：超高压管式反应器是管式超高压聚乙烯装置的关键设备，其端部通常为夹套与反应管的过盈配合连接结构。利用电阻应变测量技术，针对某石化厂发生疲劳断裂的超高压管式反应器端部结构应力场开展试验研究，采用应力释放法获

2、得过盈配合后的局部应力场数据，在此基础上，建立基于ANSYS软件的有限元模型，并与试验数据进行对比分析。结果表明，端部结构的过盈配合边缘局部范围内存在较高的轴向拉应力，且大于环向应力，应力水平随过盈量增加而提高；接触刚度对应力场数值模拟结果影响较大，在保证收敛的前提下应尽量增大接触刚度以提高模拟精度，有限元模拟结果与试验数据符合得较好。研究结果对后期的数值模拟以及结构失效原因的分析提供重要参考依据。关键词：超高压管式反应器：应力释放法；过盈配合；接触刚度中图分类号：TH49；TU973StudyonStressFieldofEndStructureofUltra

3、highPressureTubularReactorWEIShutao，CHENXuedong’CUIJunNIEDefuFANZhichao(1．HefeiGeneralMachineryResearchInstitute，Hefei23003l；2．CollegeofChemicalEngineering，ChinaUniversityofPetroleum(EastChina)，Qingdao266580)Abstract：Ultrahighpressuretubularreactoristhekeyequipmentoftube—typeultrahig

4、hpressurepolyethylene，itsendisusuallytheshrink—fitstructurecomposedofjacketandreactiontube．Stressfieldofendstructureoftheultrahighpressurepolyethylenetubularreactor,inwhichfatiguefractureoccurred，isexperimentallystudiedbymeasuringelectricresistancestrain．Andthelocalstressfieldaftersh

5、rink—fitisobtainedbasedonstressreleasemethod．Intermsofexperimentalresults，ANSYSFEMisbuiltandthesimulationresultscomparedwithexperimentaldata．Theresultsshowthatalargetensileaxialstressappearedonthelocationattheedgeoftheshrink—fitandit’Slargerthanhoopstress，andthelocalstresslevelincrea

6、seswiththeincreaseofshrink·fitrange；theinfluenceofcontactstifnessonsimulationresultsissignificant，andinordertoimprovethesimulationaccuracy，thecombinationofcontactstifnessandconvergencehastobeoptimized；theFEMsimulationresultsisconsistentwellwiththeexperimentaldata．Thestudyresultscanpr

7、ovidesomeinsightintosubsequentnumericalsimulationandfailureanalysisoftheendstructure．Keywords：ultrahighpressuretubularreactor；stressreleasemethod；shrink·fit；contactstifness聚乙烯装置发生失效破坏的案例及分析屡见不0前言鲜L2J，典型破坏结构形态如图1所示，失效部位位于反应管与夹套过盈配合的根部附近。经检验分析，超高压管式反应器(简称反应管)是超高压聚乙断裂处反应管的外壁在圆周方向上存在大量黄褐

8、色烯装置的关键设备，其安