准脆性高温设备衬里材料热固耦合应力研究及计算

摘要

采用弹性理论研究高温设备衬里结构传热规律和热-机械应力求解方法,提出基于最大线应变理论的衬里材料破坏判定准则.考虑准脆性衬里材料拉压不对称性和拉压许用应力不同,建立符合工程实际的衬里-金属复合结构线性随动有限元模型,在此基础上对衬里-金属复合结构数值模型进行热固耦合应力分析,得到在温度和内压载荷下衬里结构的拉、压应力分布及量化规律,并通过衬里材料破坏判定准则进行强度判定.研究衬里材料破坏的主要影响因素,得到内压、温度、衬里脱落程度和隔热能力失效程度对衬里-金属复合结构温度场分布及强度的影响规律:内压从0.25 MPa增大到0.45 MPa、温度从550℃升至950℃及导热系数从3.45 ×10-4 W/(mm·K)增大至2.76×10-3 W/(mm·K)过程中,金属应力增幅分别为63％,78％和300％;衬里脱落厚度达到60％以后,金属层应力呈迅速增加趋势.提出的基于材料力学强度准则的拉压非对称衬里材料强度研究方法合理实用,在相关衬里结构设计和强度校核中具有良好的适用性.