弯管又称为弯头，在实际工程应用中，弯头按照与直管的连接方式有以下几种类型:45°弯头、90°弯头、180°弯头。在国标GB / T12459-2005中又将90°弯头分为短半径弯头、长半径弯头、长半径异径。本文讨论的是90°弯头中的长平径异径弯头，其代号为90E（L）R 。
2计算模型
对90E(L)R-50x40 I -Sch40异径弯头进行有限元分析计算，其大、小端外径分别为60.3 mm,48.3 mm，大、小端壁厚分别为3.91 mm, 3.68 mm。由于对称性，现取一半结构作为研究对象，并对其划分有限元网格。本文采用20节点六面体单元，共划分8700个单元，40 754个节点，网格如图2所示。材料为16Mn钢，弹性模量E=200 GPa, Poisson(泊松)比产=0.3。
由于对称性，在对称面上施加对称约束，在大端直管端面施加x方向约束，在小端直管端面施加y方向约束，在纵向对称面施加:方向约束。本文只考虑内压作用下的异径弯头弹性应力分析，取内压为10 MPa。
3计算结果分析
3.1异径弯头应力分析
对在10MPa内压作用下异径弯头90E(L)R-50x40 I -Sch40进行了有限元分析计算，其应力分布有如下特点:1)大端小曲率侧内表面存在较大的相当应力，如图3所示:2)异径弯头内表面的环向应力比外表面的环向应力大:3)轴向应力、径向应力比环向应力小，特别是径向应力可以不予考虑，环向应力在应力分析中占主导地位。由应力分布云图可以看出*大相当应力为90.85 MPa，危险点位置为大端小曲率侧内表面。
由图3可知，在10 MPa公称内压作用下异径弯头90E(L)R-50X40 I -Sch40的危险部位位于内表面，为了更好地了解应力的变化情况，给出了沿内表面AB曲线(见图4)相当应力的变化图，如图5所示。
经过对常用规格的异径弯头的有限元分析可知:
1)异径弯头的危险点出现在小曲率半径侧内壁靠近大端端面的部位;
2)异径弯头内壁的两条路径上的应力曲线总体趋势相同，其中小曲率半径侧路径上的*大应力要比大曲率半径侧的*大应力大;
3)不锈钢异径管的3个应力分量中，径向应力*小，环向应力*大，如图3中的危险点环向应力、轴向应力、径向应力分别为92.26 MPa. 21.47 MPa、-10.18 MPa。3.2异径比对异径弯头应力的影响
不锈钢异径管小端和大端直径的比值称为异径比，为了分析异径弯头危险点应力随异径比的变化情况，特对不同异径比的异径弯头进行了分析计算，给出了相当应力随异径比的变化曲线，如图6所示。图中分别给出了异径弯头大端公称直径分别为50 mm. 100 mm, 150 mm. 200 mm时，异径弯头危险点的相当应力随异径比的变化曲线。 |
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