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弯管是管道运输中的重要组成部分,广泛应用于冶金、石油、化工等工业领域。在实际工程中弯管的受力状况较为复杂,容易产生应力集中,是管道系统的薄弱环节之一。工作时弯管凸边管壁受流体冲击压力远大于弯管凹边,致使弯管凸、凹边受力不均常导致弯管开裂、爆炸、火灾等恶性后果。本文对流体在90°圆截面弯管内的流动特性进行了数值模拟,根据弯管内壁面的压强值,通过拟合软件得出弯管内压分布模型;对弯管进行应力分析,根据强度理论对弯管进行壁厚设计,得出弯管壁厚的数学模型;对热推弯管成形工艺进行数值模拟,对牛角芯棒进行三维设计,推制变壁厚弯管。其结果为管道运输过程中弯管安全性能的评估、弯管的壁厚设计、变壁厚弯管的设计与加工提供了理论指导,具有很好的工程应用价值。主要内容如下:(1)考虑不同弯管几何参数(弯管弯曲度k、轴向角度(α、环向角度β)和流体流动参数(入口流速v、出口压力P0、介质密度ρ)对弯管内压强的影响,在4种密度、4种入口流速、4种出口压力、4种弯曲度的256种工况下,采用FLUENT软件对乙烯在90(°弯管中的流动特性进行数值模拟,分析不同几何参数和流动参数变化对弯管内压的影响规律,运用1stOpt软件拟合出弯管内压分布模型,模拟值与计算值最大相对误差为0.0284%,为管道运输过程中弯管安全性能的评估及弯管壁厚设计提供了理论指导。(2)对内压作用下弯管不同位置材料的应力状态进行了分析,计算出弯管壁面的环向应力σβ、轴向应力σα、径向应力σ;按第三强度理论｜σmax-σmin｜≤σs建立了弯管壁厚和内压分布模型的关系,给出变壁厚等强度弯管壁厚设计公式,为不同流动和几何工况下设计变壁厚等强度设计和为管道输送过程中弯管的安全校核提供理论依据。(3)根据弯管热推成形工艺中,牛角芯棒弯曲变形与扩径变形始终保持一定的比例关系这一特点,选取变曲率弧线作为芯棒轴线,分别建立不同角度扩径变形段的牛角芯棒模型,对热推弯管的成形过程进行数值模拟,分析不同角度扩径变形段对成形弯管壁厚分布规律,推制变壁厚弯管,为实际生产中推制变壁厚等强度弯管提供参考。