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1、厚壁圆筒热冲击作用下的应力场第22卷第4期2007年12月西南科技大学JournalofSouthwestUniversityofScienceandTechnologyVol_22No.4Dec.2007厚壁圆筒热冲击作用下的应力场负英伟王帅吴香国张广峻(1.洛阳理工学院河南洛阳471023;2.哈尔滨工程大学黑龙江哈尔滨150001;3.邢台职业技术学院河北邢台054000;)摘要:针对冲击的瞬时特性,在热冲击问题的边界条件中引入6函数,在运用Laplace变换的方法求解厚壁圆筒内部受热冲击
2、作用温度场的基础上,求解了圆筒的热应力响应,探讨了热应力随时间的变化,随圆筒内外径比的变化,为研究管式反应器减小热冲击损伤提供理论参考.关键词:热冲击厚壁圆筒热应力中图分类号:0343.6文献标识码:A文章编号: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在石油化工行业中,超高压聚乙烯管式反应器是聚乙烯中的关键设备之一,它能否长期安全的运行直接关系到工厂的产值,利润以及人身财产的安全.目前,国内20世纪80年代
6、引进的几套该设备使用年限都处于设计寿命的中后期阶段,安全系数逐渐减小,国内已经发生过十几起事故¨I2.在管式反应器服役期间,由于管内每克分子乙烯聚合反应会产生23千卡的热效应,当热量来不及导出时,会引起乙烯爆炸性分解,使反应管内壁温度急剧增加,甚至瞬问可达到700—1000oC的异常高温.若不及时处理,不仅因乙烯分解产生的细粒碳黑有可能堵塞反应器和管道,而且可形成足以破坏反应设备的压力,引起灾难性事故.所以,乙烯生产中设置了严密的安全控制系统.一旦出现超温,控制系统会立即启动冷料乙烯压缩系统,往
7、反应管内打人冷料.乙烯分解反应的发生和紧急处理的过程,对反应管而言是一个温度压力急剧增加和急剧降低的热冲击过程.热冲击作用时,反应管厚壁上形成极陡的温度梯度和幅度很大的热应力.管内温度的急增和急冷,不仅使管内壁受到拉伸和压缩的交变应力,而且瞬问高温还可以使反应收稿日期:2007—03—28作者简介:负英伟(1979一),男,讲师,在读博士,研究方向为工程力学.E—mail:yunyingwei@sohu.corn.西南科技大学第22卷管材质发生相变,使材质劣化,屈服强度降低.以上热冲击作用,不仅
8、易造成反应管内自增强残余应力的衰减,而且会加速反应管内裂纹的萌生和失效.所以,反应管经受热冲击时的损伤问题,已经成了高压聚乙烯容器的设计制造和使用单位亟待解决的重大课题,也是反应管安全性研究中必须考虑的主要问题之一.对这一问题的认识,目前还处于感性阶段,从研究反应器受热冲击作用的应力响应出发,探讨反应器自增强残余应力的衰减机理和损伤机理,进而提出减小热冲击损伤的措施是必要的.所以,以热弹性理论为基础,考察反应器的热冲击,研究厚壁圆筒热冲击作用下的应力分布,可以为超高压容器取材设计和安全性问题提供
