超高压自增强反应管R401内壁残余应力无损测量方法研究

　　在实验室内对自增强厚壁管的残余应力衰减规律进行了一系列模拟强化实验,在总结试验结果的基础上用单因素叠加理论得出工程实用的残余应力衰减率的计算式[1]。该计算式虽然得到一个工程实例的验证,这是不够的,还应经足够数量的工程实例的检验。然而,对昂贵的反应管进行破损检验是不现实的,这必然要求找到一种能够对高压聚乙烯反应管内壁残余应力进行无损检测的有效方法。另外,反应器内壁残余应力的大小可作为反应器安全的一个重要指标来加以检验。因此,研究反应管内壁残余应力无损测量方法是十分必要的。到目前为止,国内还没有自增强反应管内壁残余应力无损检测的报道。国外则是通过给管内加压,测量管外壁应变和内压的关系曲线。并将该曲线和被测管的自增强处理曲线进行比较得出残余应力的大小。由于外壁应变在管内壁发生屈服时的变化并不明显,内壁发生屈服所对应的点不易确定,因此,该方法对测试仪器、设备的精度和操作人员的技术要求高。用我们现有的仪器设备进行测试将产生很大的误差。那么,一种易于掌握并对测试设备的精度要求相对较低的残余应力的测试方法就更有实际意义。

　　1　内壁残余应力测试原理

　　在弹性范围内,反应管内、外壁应变均和所受内压成线性关系,应变随压力的变化关系曲线一旦发生弯曲,说明内壁发生屈服。对应的压力为反应管内壁初始屈服压力ps*。由拉美公式和米赛斯屈服条件计算的无残余应力反应管内壁初始屈服压力为:

　　式中,σs为材料屈服强度, K为外、内径比。

1·1　在有残余应力时,厚壁管的径向应力、周向应力

　　我们可以通过实测反应管内壁初始屈服压力来间接求出内壁残余应力。

　　1·2　超高液压下应变片的压力效应和温度效应及其消除

　　超高压反应管内壁表面粘贴的应变片,在超高液压的作用下,除了反应管壁受力产生机械应变而引起应变片的电阻值变化外,压力也会引起应变片的电阻值变化。因此,在应变仪的读数中便增加了由于压力使应变片电阻值变化而产生的附加应变值,这就是压力效应。

　　由于压力效应对内壁应变(应力)测量结果的影响较大,人们试图找出其理论计算公式,从中分析影响因素并对内壁应力测量结果进行修正。压力效应产生的理论应变值为:

　　式中, Ky为应变片灵敏度系数。

　　上式表明压力效应产生的理论应变值与压力成线性关系。但它忽略了应变片删线材料的电阻率随压力变化的影响,更重要的是该公式没有考虑应变片的构造形状、粘接剂、防护层和测点表面几何形状以及被测试反应管壁材料等多种因素对压力效应的影响。由于影响因素太多,很难得出压力影响效应的较为精确的计算式。