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随着工业与科技的快速发展,超高压技术的应用范围越来越广泛。超高压反应管是低密度聚乙烯生产合成的关键设备,长期在苛刻的条件下工作,受高温、超高压、腐蚀等因素的影响,一旦发生泄漏、爆炸事故,将造成严重的人员伤亡和财产损失。目前,我国的超高压聚乙烯反应管大多已进入设计寿命的中后期,对超高压反应管的疲劳寿命与极限载荷进行研究,对于保障安全生产、人员和财产的安全十分重要。本文以某石化企业服役19年后退役的超高压反应管为研究对象,基于理化性能测试、疲劳试验和爆破试验等,结合理论分析计算与ANSYS有限元模拟,对反应管疲劳寿命与极限载荷进行了研究,并进一步对含裂纹等缺陷的超高压反应管的疲劳寿命与极限载荷进行了分析,以了解不同裂纹对反应管安全可靠性的影响,本文主要内容如下:(1)采用双线性强化模型对超高压反应管进行应力分析,推导最佳自增强压力关系式,得到该反应管最佳自增强处理压力为652MPa。结合ANSYS有限元分析反应管自增强处理前后应力变化规律,利用安全系数定量分析了自增强处理对反应管安全性的影响程度。(2)基于应力-寿命法对反应管疲劳寿命进行了理论分析,结果表明经630MPa自增强处理后可将反应管疲劳寿命提高到未经自增强处理时的11.02倍,652MPa最佳自增强处理后可将疲劳寿命提高到原来的12.65倍,有限元模拟分析疲劳寿命与理论分析结果之间最大误差为6.2%。并对超高压反应管进行了12000次模拟实际工况的疲劳试验,研究反应管疲劳寿命与残余应力衰减变化规律。(3)对反应管进行了爆破试验研究,试验结果表明该反应管的极限载荷为957.40MPa,理论计算与有限元模拟的最大误差分别为1.2%和1.1%,证明了有限元模拟分析极限载荷的可行性与准确性。(4)对含裂纹反应管的疲劳寿命与极限载荷进行了研究,基于断裂力学法对含裂纹的反应管疲劳寿命进行理论分析,结合有限元模拟,进一步对裂纹方向、尺寸等对疲劳寿命与极限载荷的影响进行研究,结果表明轴向裂纹危险性大于环向裂纹,裂纹深度对反应管的影响更为显著。结合疲劳试验中达到寿命极限的含缺陷小管实例,有限元模拟与理论分析疲劳寿命的误差分别为4.49%和2.84%,证明了有限元模拟与理论计算分析含缺陷设备疲劳寿命的可行性与准确性。本文对反应管的疲劳寿命与极限载荷进行了研究,并分析裂纹对其疲劳寿命与极限载荷的影响,可为此类超高压反应管的安全运行与评估提供支持,具有一定的工程与学术参考作用。