一种测试超高压管式反应器热套端部结构局部应力场的方法

摘要

本发明公开了一种测试超高压管式反应器热套端部结构局部应力场的方法，其特征是设置存在有过盈量的反应管与夹套构件；首先将夹套与反应管利用温差法完成装配；再在反应管外侧壁上，位于夹套与反应管相套合的边缘的外侧测点上粘贴电阻应变片；最后采用切割机具将夹套从反应管上剥除，释放反应管上的应力，记录夹套剥除前后各测点上的应变变化，利用应变变化通过计算获得的局部应力场数据。本发明可用于准确获取超高压管式反应器热套端部结构局部应力场数据，为分析超高压聚乙烯管式反应器端部断裂失效原因和基于失效的设计提供参考依据。

说明书

技术领域

本发明涉及一种局部应力场试验方法，确切说是利用应力释放，获取超高压管式反应器 端部结构因热套过盈配合造成的局部应力场数据的试验方法。

背景技术

过盈配合是机械工程中常用的联接方式，在保证联接可靠性的同时，也要兼顾配合部件 的疲劳寿命，由于配合面存在接触和摩擦，套合边缘存在着局部应力场，经常发生失效破坏。 为分析失效原因和基于失效的设计提供数据支持，需获取过盈配合边缘的局部应力场数据。 过盈配合边缘应力集中问题无法用经典力学公式计算，查阅相关文献，几乎均依靠有限元数 值模拟方法获取。但是，由于数值模拟设定了一系列的理想假设条件，计算结果的真实性与 可靠性缺乏绝对的说服力。

过盈配合装配方式包括温差法与压装法两种。前者依据热胀冷缩原理，先利用温差使反 应管与夹套的过盈量消去再进行装配，冷却后就自动形成了过盈配合；后者则需借助外力将 反应管强行压入夹套。该应力场的测试通常采用电阻应变测量技术，先在将要测量的应力场 表面粘贴应变片，进而施加载荷，利用电阻应变仪同步记录应变，经应变数据处理，得到应 力场结果。但压装法装配易造成构件表面损伤，且轴向定位控制较困难，不宜采用此方法装 配并测量应力场；温差法对构件的损伤小，定位准，但需克服高温带来的影响。由于温差配 合时加热温度过高，需采用高温应变片、高温导线与胶水等，成本很高，并且高温导致零漂 较大，易造成明显的试验误差。此外，由于局部应力场的测量位置距夹套根部很近，很容易 对应变片与连接导线造成不可修复性的碰伤或擦伤，难以完整精确地测量局部应力场。可见， 此前的测试方法均不能获得准确的超高压管式反应器热套端部结构局部应力场数据。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种测试超高压管式反应器热套 端部结构局部应力场的方法，用于准确获取超高压管式反应器热套端部结构局部应力场数据， 为分析超高压聚乙烯管式反应器端部断裂失效原因和基于失效的设计提供参考依据。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明测试超高压管式反应器热套端部结构局部应力场的方法的特点是按如下步骤进 行：

步骤1：分别设置反应管和夹套，使得反应管外径大于夹套内径，并因此在反应管与夹套 之间存在有过盈量；

步骤2：将所述夹套与反应管)利用温差法完成套合装配，在反应管上、位于夹套与反应 管相套合的边缘的外侧形成局部应力场区域；

步骤3：在所述反应管的外侧壁上，位于所述局部应力场区域内布置测点，在所述测点处 粘贴电阻应变片；

步骤4：采用切割机具，将所述夹套在夹套侧壁上沿轴向开槽并最终将夹套自所述反应管 上剥除，使反应管得到应力释放，记录夹套剥除前后各测点的应变变化数值；

步骤5：依据所述应变变化数值计算获得局部应力场数据。

本发明测试超高压管式反应器热套端部结构局部应力场的方法的特点也在于：所述测点 处在反应管的圆周方向多个角度方位上，并交叉设置。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明从试验角度为工程实际中分析和研究过盈配合边缘局部应力场提供了一种试验 测量方法和手段，填补了只能数值模拟获取数据，无法试验测量的空白。

2、本发明先对夹套与反应管进行热套装配、再在反应管外壁贴片、最后剥除夹套释放应 力，测量应变变化的试验方法，避免了高温及夹套轴向定位对测量工具造成的损伤与破坏， 增加了试验的可行性，降低了试验误差，提高了测量数据的精度。

3、本发明在反应管外壁圆周方向多个角度方位上交叉布置测点，增加了测点数量，更加 完整地获取了应力场数据。本发明较为精确、完整地获取了超高压管式反应器热套端部结构 局部应力场数据，为分析超高压聚乙烯管式反应器端部断裂失效原因和基于失效的设计提供 了数据参考。

附图说明

图1为本发明测量装置结构示意图；

图2为本发明中反应管与夹套沿圆周方向展开的应变测量测点布置示意图；

图中标号：1夹套、2电阻应变片、3反应管。

具体实施方式

本实施例中测试超高压管式反应器热套端部结构局部应力场的方法是按如下步骤进行：

步骤1：分别设置反应管3和夹套1，使得反应管外径大于夹套内径，并因此在反应管3 与夹套1之间存在有过盈量；

测量加工完毕的构件尺寸，精确测量并记录反应管3外径与夹套1内径尺寸，本实施例 中二者分别为87.44mm与87.32mm，即实际过盈量为0.12mm；

根据实际过盈量，依据热胀冷缩原理计算温差法装配所需加热温度，本实施例中与实际 过盈量对应的夹套加热温度为500℃~600℃；

步骤2：将夹套1与反应管3利用温差法完成套合装配，在反应管上、位于夹套1与反应 管3相套合的边缘的外侧形成局部应力场区域；

步骤3：在反应管3的外侧壁上，位于局部应力场区域内，布置测点，在测点处粘贴电阻 应变片2；

设置温度补偿，用导线将电阻应变片2与应变测量仪连接；

步骤4：采用切割机具，将夹套1在夹套侧壁圆周方向0°方位上沿轴向开槽并最终将夹 套1自反应管3上剥除，使反应管3得到应力释放，记录夹套1剥除前后各测点的应变变化 数值；

步骤5：依据应变变化数值，根据式1和式2计算获得局部应力场数据。。

${\sigma }_z=-\frac{E}{1-{\upsilon }^2}({ϵ}_z+{\mathrm{\upsilon ϵ}}_t)---\left(1\right)$

${\sigma }_t=-\frac{E}{1-{\upsilon }^2}({ϵ}_t+{\mathrm{\upsilon ϵ}}_z)---\left(2\right)$

式中，σ_z与σ_t分别为测点的轴向与周向应力；E为反应管材料的弹性模量；υ为反应管 材料的泊松比；ε_z与ε_t分别为所测量的测点轴向与周向应变。

具体实施中测点处在反应管的圆周方向多个角度方位上，并交叉设置。本实施例中测点 处在反应管的圆周方向90°、180°和270°的三个角度方位上，并自反应管3与夹套1套合 边缘处起，由近及远，由密到疏，依次交叉设置。

优选地，为尽量多地获取试验数据，在夹套两侧同时设置测点；

优选地，为尽量多地设置测点，并提高测量精度，尽可能采用小尺寸电阻应变片；

优选地，为研究不同过盈量条件下的局部应力场，可将夹套两侧的过盈量作不同设计， 通过对比两侧的应力场数据结果，分析研究过盈量对局部应力场的影响。