厚壁圆筒热冲击作用下的应力场

文章 编 号 ：０ ２—５ ３ ２ ０ ） ４—０ ３ １０ ６ ４（ ０ ７ ０ ０ ７一Ｏ ４
厚 壁 圆筒 热 冲 击 作 用 下 的应 力 场
负英 伟 ，何 朋 立 ，王 帅 ，张 广 峻
（ ． 阳理 工 学 院 建 筑 工 程 系 ， 南 洛 阳 ４ １ ２ ； ． 台 职 业 技 术 学 院 建 筑 工 程 系 ， 南 邢 台 ０ ４ ０ ） １洛 河 ７０ ３ ２ 邢 河 ５０ ０
冲击 时 的损伤 问题 ， 已经 成 了高压 聚 乙烯容 器设 计 、 制造 和使用 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 ． 研 从
』 号 。）ｒ。 一 ｑ￡ ＝ Ｋ ６， （
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
摘
要 ： 对 热 冲 击 的瞬 时特 性 ， 运 用 Ｌ ｐａｅ 换 求 解 厚 壁 圆 筒 内部 受 热 冲 击 作 用 温 度 场 的 基 础 上 ， 解 针 在 ａｌｃ 变 求
了 圆 筒 的 热 应 力 响 应 ， 讨 了 热 应 力 随 时 间 变 化 和 随 圆筒 内外 径 比变 化 的 规 律 ，为研 究 管 式 反 应 器 减 小 热 冲 探
㈩
将解 出的式 （ ）带入 式 （ ）可得 ９ ７
一
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ｍ ＋ ｚ一
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收 稿 日期 ：０ ７— ３—１ ； 订 日期 ：０ ７一Ｏ Ｏ ２０ ０ ０修 ２０ ５一 ４
作 者 简 介 ： 英 伟 （ ９ ９ ， ， 南 洛 阳人 ， 阳 理 工 学 院 建 筑 工 程 系 讲 师 ， 国 金 乌 工 大 在 读 博 士 研 究 生 ， 要 从 事 工 程 力 负 １７ 一） 男 河 洛 韩 主
的温度 梯度 和 幅度 很 大 的热 应力 ． 内 温度 的急 增 管
圆筒 的初 始 温度 为 Ｔ ， ｏ 圆筒 外边 界 环 境 的温 度 为 ７ ， ０＝ 一７ ， 式 （ ）可写 为 ’取 ＾ １则 ０ １
雾＋ ＝ ａ ÷ｒＫ￡ ｒ ａ ｒ ｄ ａ
初 始 条件 边界 条件 （ ， ）＝０ ｂ≥ ｒ≥ 口 ｒ０ ，
ｃ ２
（） ３
和 急冷 ， 仅使 管 内壁受 到拉 伸和 压缩 的交 变应 力 ， 不 而且 瞬 间高温 可使 反应 管材 质发 生相 变 ， 质 劣化 ， 材
屈服 强度 降低 ， 成反 应 管 内 自增 强残 余 应力 的衰 造 减 ， 速反 应 管 内裂纹 的萌生 和失 效 ． 加 反应 管 经受热
了严 密 的安 全控 制 系统 ， 一旦 出现 超温 ， 控制 系统会
ａ ÷ｒ去￡ ｒ Ｋ ｒ ｄ ＝ ａ 警 ａ
＋
㈩
立 即启 动冷 料 乙烯压 缩系 统往 反应 管 内打入 冷料 进 行冷却 ． 过程 对 反应 管 是 一 个 温 度 压力 急剧 增 加 此 和急剧 降低 的热 冲击 过 程 ， 应 管 壁 厚上 形 成 极 陡 反
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第 ２ 卷 第 ４期 ８ ２０ ０ ７年 ８月
华
北
水
利
水
电
学
院
学
报
Ｖｏ ８ Ｌ ２ Ｎｏ ４ ． Ａｕ ｇ．２０ ０７
Ｊｕｎｌ ｆ ｏ ｈＣ ｉａＩｓｔｔ ｏ ｔｒ ｏ ｓｒ ｎｙａｄＨ ｄｏｌ ｔｃＰ ｗ ｒ ｏｒａ ｏ ｒ ｈｎ ｔｕｅ ｆ Ｎ ｔ ｎ ｉ Ｗａｅ ｎｅ ａ ｃ ｎ ｙｒｅｅ ｒ ｏ ｅ Ｃ ｖ ｃｉ
是聚 乙烯 的关键 设 备 之一 ¨ ． 在使 用 期 间 ， 内 乙 管 烯 聚合反 应产 生 的热 量 来 不 及 导 出 时 ， 引起 乙烯 会 爆 炸 性分 解 ， 反应 管 内壁温度 急 剧升 高 ， 间可达 使 瞬 ７ ０～１ ０ 若不 及 时处理 ， ０ ０ｏ ０ Ｃ． 乙烯 分解 产 生 的细粒
【Ｋ 一 一Ｔ 驯 ， ＝ （一 ａ ｒ６
，
（ ４ ）
式中： Ｋ为热 传 导 系数 ； ＝一 Ｋ 为 导 温 系数 ； Ｋ Ｋ
为对 流换 热 系数 ； ， ｎ ｂ分别 为 圆筒 的内外 径． 方 程 （ ）的解 为 ２
究反 应器 受热 冲击 作 用 的应 力 响 应 出发 ， 讨 反 应 探
学 方 面 的研 究 ．
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华 北 水 利 水 电 学 院 学 报
２０ ０ ７年 ８月
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碳黑 可能堵 塞反 应 器 和 管道 ， 成 足 以破 坏 反 应 设 形
２ 热 冲 击作 用 下 非耦 合 温度 场基 本 解
用 Ｌ ｐａｅ变换 求解 非 耦 合 情 况下 热 冲击 作 用 ａｌ ｃ
下 的温度 场． 用极 坐标 ， 热源 时热传 导方 程 为 采 无
备 的压 力 ， 引发 灾难 性事 故 ． 以 ， 所 乙烯 生 产 中设 置
击 损 伤 提 供 了理 论 参 考 ．
关 键 词 ： 冲击 ； 壁 圆筒 ； 热 厚 热应 力 中 图分 类 号 ： Ｂ ２ ； ３ ３ ６ Ｔ １ １ ０ ４ ． 文献标识码 ： Ａ
器 自增强残 余 应力 的衰 减 机 理 和损 伤 机 理 ， 而 提 进 出减小 热 冲击损 伤 的措施 是 必要 的 … ．
１ 问 题 的 提 出
在石 油 化 工行 业 中 ， 高 压 聚 乙烯 管 式 反应 器 超
以 热弹 性理 论 为 基 础 ， 究 反应 器 热 冲 击作 用 研 下厚 壁 圆筒 的应力 分 布 规 律 ， 超 高 压容 器取 材 设 对
计 和安 全 性 问题 的研 究有 一定 的指 导 意义 ．