随着生活质量的提高,人们对居住环境提出更高的要求,为了给居民提供一个温暖舒适的居住、活动环境,国内集中供热事业蓬勃发展,集中供热管道直埋敷设以其显著优势被广泛应用。不同于架空敷设和地沟敷设,供热直埋管道的受力独具特色。供热直埋弯管,作为管道的一个重要附件,承担着管道转向、躲避障碍、引出分线等重要作用。然而由于土壤的作用,直埋弯管的受力状况非常复杂,至今缺乏较为成熟的应力分析方法,特别是针对40°～90°折角的水平弯管的应力分析很少,几乎属于空白。鉴于此,本文利用ANSYS有限元软件进行模拟,分析40°～90°折角的水平弯管的应力分布规律、影响因素等。根据模拟结果绘制了不同曲线图,为直埋管道工程设计提供了依据。论文对于提高供热直埋弯管的设计技术、减少用来保护折角的固定墩、补偿器数量,降低工程初投资,减少管网维护,总体提高直埋管道的安全性、供热可靠性等具有重要的借鉴意义。针对大口径供热直埋40°～90°折角的水平直埋弯管,论文做了如下工作:1、对供热直埋热水管道进行受力分析,将作用在管道上的各种荷载进行分类,阐述各种荷载的作用、特点及应用场合。对塑性流动、循环塑性变形、疲劳破坏、整体不稳定和局部不稳定这五种极限状态进行分析,指出弯管的失效形式。2、分别介绍了现行《城镇供热直埋热水管道技术规程》及《火力发电厂汽水管道应力计算技术规程》中关于供热直埋弯管的应力计算方法,同时,通过以上两种算法的公式对水平弯管的应力影响因素进行分析,这些不仅为后续的有限元模拟提供了参考,还将与有限元模拟结果进行对比。3、简单介绍了有限元法和ANSYS有限元软件,详细说明了本文有限元模拟中材料参数的设定、所用单元的特性,建立水平弯管的有限元模型,网格划分,并进行网格独立性考核,根据不同研究内容的需要对模型施加荷载以及定义合适的边界条件,随后进行有限元求解。4、选取不同臂长组合的弯管进行模拟,提取弯管中性线外表面附近和内弧内表面这两处的当量应力最大值进行比较,确定了在40°～90°折角范围内直埋水平弯管当量应力最大值位于中性线外表面附近。得出当弯管两直臂采用任意长度组合时,只要两臂长的总和相等,则40°～90°折角弯头的最大当量应力值不变。5、分工况进行模拟。得出不同管径、不同折角角度、不同曲率半径、不同壁厚、不同循环工作温差下的折角弯管当量应力最大值,用Origin软件将计算结果绘制成不同影响因素与弯管最大当量应力值曲线图,发现随折角弯管折角角度、曲率半径及壁厚的增加,弯管当量应力最大值呈递减趋势;随着循环工作温差的增加,弯管当量应力最大值逐渐增大。6、对弯管两侧同时设置固定墩的情况进行模拟,求解其最大限制臂长Lmax,a,发现40°～90°折角弯管随着折角角度φ的增加,最大限制臂长Lmax,a逐渐增大。同时,随着弧长长度的增加,最大限制臂长Lmax,a逐渐增大,而且随着弯管折角角度的增大,Lmax,a增加的幅度逐渐减小。