异径管-大小头
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在石油化工管道中，异径管是常用的管件之 一，但一般地说，人们总以为直管的理论可以直接 套用到异径管去使用，对异径管问题的研究长期 以来基本是零散的，针对具体失效事例的异径管 问题的理论研究很少见有报道。实际上，异径管 不同于直管或等径弯头，异径管几何形状复杂，又 具有一些统一的共同特征，具有很多自己独到的 特点，笔者从7方面对其进行了初步的分析研究。
通过字符公式描述物理现象是常见的研究方 法，初步分析发现，当弯曲半径尺一∞时，异径弯 管便变成同心异径管。而当两端的直径相等时， 同心异径管就成了直管，偏心异径管就成了横截 直管或斜截直管，异径弯管就成了等径弯管(弯 头)。
参数的变化来明确表达各种具体结构： (1)管件中心线弯曲半径R； (2)弯曲半径与大端圆截面的夹角臼； (3)大端圆截面与外拱母线的夹角a； (4)大端圆截面与内拱母线的夹角_19； (5)大端圆截面回转半径半径rl； (6)小端圆截面回转半径半径r2。 这些管件在承受相同的外载荷时管壁上的应 力分布应该有一个包含上述6个结构参数的统一 表达公式：口=P(a、口、p、R、r1、r2、￡、[盯]、n)，式 中P表示外载荷，￡是管件壳厚，[口]是管件材料 的许用应力，n是该许用应力相应安全系数。上 式中，尚未考虑管件横截面的椭圆度的影响。
异径管的结构特点有许多具体表现，如：①通常属于薄壳结构；②除同心异径管外，结构非轴对 称，不属于旋转薄壳；③理论上，对于偏心异径管， 垂直于管件轴线的横截面不是圆面但是壁厚处处 相等，而与管件两端面平行(即与管道轴线垂直) 的横截面是圆面但是壁厚不均匀；④异径弯管是 一种双曲面结构；⑤与等径弯头或三通等其他管 件不同，异径弯管两端面即便是与等直径、等壁厚 的直管相对接，其大端内拱也存在内凹、小端外拱 存在外凸(见模型图2和实物图3、图4)，其开始变 径的截面处也就存在结构突变；⑥由于成型工艺， 管件往往出现壁厚不均匀、横截面椭圆形等。
且弯 管属于非轴对称的旋转薄壳，在同一内压作用下， 弯管中性面处弯曲半径径向向外的作用力要大于 径向向内的作用力，使得其结构受力不均，产生力 矩，弯曲应力已经成为影响其强度的主要应力，经 典的、不考虑边缘力的无力矩薄膜应力式已无法 反映等径弯管的实际应力分布状况，而且，内压作 用下异径弯管的应力分布状况进一步复杂化，使 异径管表现出独特的受力特点，具体有：①除与等 径弯头一样其力学性能与弯头的相对弯曲半径 n．。 R／r、弯头的弯曲系数A=等等几何参数有关 r一 外，还与两端大小口的差异程度有关；②内压作用 下，理想结构尺寸的偏心异径管和异径弯管也会 产生力矩，旋转薄壳的无力矩理论无法完全反映 它们的应力状况；③由于管件壁厚不均匀和横截 面椭圆形，管壁产生弯曲应力；④几何和材料的非 线性相互作用不仅会促成异径管的塑性破坏，而 且异径管的极限载荷会低于直管的极限载荷。
异径管结构的功能特点：①与三通相比，异径 弯管不但能改变管道走向，还能使管道走向不同 的角度，而管内介质流线都能顺畅，减少压降和温 降[23；②与等径弯头相比，异径弯管不但能吸收管 道热胀冷缩的位移变化，还能使管内介质流速改 变；③同心异径管或偏心异径管在不改变管道走 向的前提下，能使管内介质流速改变而流线顺畅； ④异径管小端可加上盲板构成封头功能。
异径管结构的功能特点：①与三通相比，异径 弯管不但能改变管道走向，还能使管道走向不同 的角度，而管内介质流线都能顺畅，减少压降和温 降[23；②与等径弯头相比，异径弯管不但能吸收管 道热胀冷缩的位移变化，还能使管内介质流速改 变；③同心异径管或偏心异径管在不改变管道走 向的前提下，能使管内介质流速改变而流线顺畅； ④异径管小端可加上盲板构成封头功能。
在有限元软件的前处理功能中，按所需壁厚 分别作同心异径管及两端与其相连的等壁厚直管 时，同心异径管与直管之间的连接面是环形锥面， 或者，同心异径管与直管之间内外壁面的相惯连 接线不在同一轴向位置上，如图5所示。
按所需壁厚分别作与同心异径管两端相连的 直管，然后通过两端直管的端面连接来构造同心 异径管时，同心异径管与直管之间的连接面是环 形平面，该同心异径管的壁厚必定较两端直管的 壁厚要薄，对标准中常用到工程去的同心异径管 规格来说，从巾168／牵89×5．5到帕25／忆19×10之 间，减薄率为1．1％。7．0％，如图6所示。
同理，先分别作与偏心异径管两端相连的直 管，再连接两直管端面同样可构建的偏心异径管， 问题是偏心异径管的壁厚在周向是变化不等的。 如果使得非偏心的一侧壁厚等于理论尺寸，则偏 心部分的壁厚较理论尺寸稍薄一些，标准推荐的 结构尺寸其偏心减薄也在10％一11．4％。反之， 如果使得偏心部分的壁厚等于理论尺寸，非偏心 的一侧的壁厚就会较理论尺寸稍厚一些。
按斜截同心异径管截头所得结构代替偏心异 径管时，因为斜截面不是圆面而是椭圆面，就会存 在端面与直管之间有错边、无法完全相接的问题l3|。 显然，这些模型尺寸偏差也将使分析结果产 生不容忽略的误差。目前，工程图学和计算机绘 图方面尚未有更好的办法来方便且精确地描述偏 心异径管的实体造型，要精确地描述偏心异径管 的实体造型十分繁琐，异径管的有限元建模方法 尚需深入探讨。
