超高压聚乙烯管式反应器在服役过程中,由于可能发生超温分解现象,使得反应器内壁温度瞬时升高到700～1000℃,反应器在壁厚方向上存在极大的温度梯度,也承载着极大的热应力。同时,各种操作工况下的压力波动,都使反应器的应力状态变得十分复杂。研究热冲击时反应器的温度场、应力场以及残余应力,这对于超温分解过程中危险因素的控制、生产设备的安全稳定运行和工作人员的人身安全是十分必要的。本文基于有限元分析方法,主要完成了以下工作。(1)从稳态热应力的研究着手,通过有限元分析和理论推导,对厚壁圆筒在温差和内压共同作用时的三向总应力分布曲线进行了讨论,并验证了有限元模型建立、边界条件设置、载荷加载的正确性。(2)对于受瞬态的超温分解冲击的厚壁圆筒,用有限元方法分析了圆筒热冲击的温度场,与差分结果对比最大误差为7.78%。利用直接耦合的方法,采用双线性随动强化模型,分析在热冲击以及波动内压、热冲击耦合工况下,厚壁圆筒的温度场和应力场。结果表明反应器在热冲击过程中,靠近内壁区域温度和应力急剧上升;热冲击后5秒,离内壁5 mm内都是高应力集中区,最大等效应力发生在内壁面,内壁面是最危险的区域。圆筒受热结构耦合冲击载荷作用时,冲击温度越高,内外壁附近区域的应力值越大。与只受热冲击的圆筒对比,内壁上的等效应力值更低,但离开内壁附近区域,总体上等效应力值更大,受热冲击影响的范围也更广。(3)分析自增强对厚壁圆筒应力的影响,结果表明在热冲击影响较大的时间段内,即冲击后18秒内,自增强的厚壁圆筒比未自增强的厚壁圆筒最大等效应力值更低,但自增强压力越高,热冲击后,靠近内壁区域,塑性应变的变化幅度越大。分析内压、热冲击对残余应力的影响可知,反应管受内压作用卸载后残余应力与自增强后残余应力基本一致,没有衰减。在第一次的热冲击以及第一次内压、热冲击耦合工况下,残余应力发生变化,而经历20次,60次,90次的热冲击,残余应力与首次热冲击后残余应力相同,器壁未发生新的塑性变形。