不锈钢弯头不仅能改变不锈钢管线的方向，还可以提高管路柔性，缓解管道振动和约束力，并对热膨胀起补偿作用，因此不锈钢弯头是受压管道中很重要的部件。管线的最人应力一般发生在弯头处，所以弯头是管线的薄弱环节。目前对弯头的受力分析大都近似将其看成是受内压的压力容器来考虑，并且不考虑其壁厚的变化，但是不锈钢弯头壁厚的不等厚性是客观存在的，它必将改变弯头应力的分布。本文通过有限元分析的方法研究壁厚改变对弯头应力分布的影响。
一、成形工艺对不锈钢弯头壁厚减薄量的影响
不锈钢弯头的加工工艺根据弯曲时是否加热分为热推和冷弯两种。热推法是将切割完的管坯装入芯模，用专用推制机进行连续加热、扩径，最后弯曲成形。冷弯成形时，管子的一半卧于弯管机的槽内，另一半被带槽的小滚轮压住，管子受推力使盘状弯模从动旋转而将管子推制成形。
对于化工管道中的不锈钢弯头，一般允许的弯头减薄量要求控制在巧%以内。从上面两表可以看出，热推工艺加工的弯头基本可以保证合格，而冷弯的弯头壁厚改变量则较不稳定。热加工工艺的壁厚减薄员明显低于冷加工工艺。
就热推的弯头来讲，41点也就是热推的末端内弯处的增厚星是最大的，这是由热推的工艺决定的。热加工工艺弯头壁厚改变规律是:从21点至41点壁厚逐渐增厚，且同一截面内弯处的壁厚改变量大于外拱处的壁厚改变最。对于冷弯的不锈钢弯头，它的壁厚最大处发生在1点，即45°内弯处，而两端的壁厚值近似对称分布，这也是符合冷弯成型规律的。它在同一截面处同样是内弯处的壁厚增加最大于外拱处的减薄量。
二、不锈钢弯头应力的有限元分析
按不锈钢弯头最大减薄星分别为5%,15%,25%,30%建立模型，与均匀壁厚模型的应力分布情况进行比较，考虑弯头减薄对弯头受力的影响。
1. 有限元模型的建立
不锈钢弯头模型采取一端加直段封头另一端加约束的模式，管材选用优质碳素结构钢(20#钢)，管件内压载荷取4 MPa，只考虑弯头在内压作用下的应力状况。由不锈钢弯头结构本身的对称性和所受载荷的对称性，选取通过弯管轴线和内外拱线的纵向截面的1/2结构为计算模型，选用solid45单元进行计算。共建立8个模型，如表所示。
2. 网格划分
通常在应力比较大或应力变化比较大的区域，有限元网格应比较密。通过分析可知，不锈钢弯头内弯侧应力比较大，而直管与封头连接处由于形状不连续，所以这两处网格划分较密。本文采用ANSYS程序进行有限元计算，网格划分如图所示。
3. 模型的边界条件和载荷
由于只考虑内压载荷的作用，根据结构及载荷的对称性，在弯头对称面处加以对称的位移约束，而在管子右端施加一个等效压力载荷。此拉应力相当于在内压作用下封头对连接管产生的轴向平均拉应力。
4. 计算结果及分析
本文采用Tresca当T，Y应力来表示不锈钢弯头的应力分布状况。当最应力的最大值一般位于物体的表面，所以本文只给出弯头内表面应力分布结果。
由于均匀壁厚的不锈钢弯头应力分布规律是一致的，所以本文只给出5#管的应力分布图，如图3所示。可以看出，均匀壁厚弯头的最大应力点发生在内弯处，应力数值由内弧侧到外弧侧逐渐减小，且沿弯曲半径方向变化不大。
对于不等厚弯头，外拱处的减薄员对其应力分布的影响是很明显的，图分别示意了外拱减薄量为5%,15%,25%,30%情况下弯头的应力分布。不等厚弯头的横截面是椭圆形截而，由图4-7可以看出不等厚弯头横截而上弯头弧段各角度横截面上的应力分布是不同的。随着壁厚减薄量的不断增加，最大应力位置由内弯处逐渐向外拱处转移。
三、结论
1. 实际不锈钢弯头的减薄规律符合工艺性能。
2. 热推不锈钢弯头减薄情况好于冷弯弯头。
3. 等厚弯头的最大应力点在内弧45°截面处，且应力分布符合内弧侧到外弧侧逐渐减小的规律。
4. 不等厚弯头随着壁厚减薄员的增加，最大应力点向外弧处转移。这也说明了实际生产中，弯头的破坏有时会发生在外弧侧的原因。
5. 通过上面的模型分析，可以看出在不锈钢弯头减薄最小于15%时，应力最大值依然是在内弯处，这也可以验证化工设备中要求弯头减薄最小于15%是合理的。
