異徑管-大小頭
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在石油化工管道中，異徑管是常用的管件之 一，但一般地說，人們總以為直管的理論可以直接 套用到異徑管去使用，對異徑管問題的研究長期 以來基本是零散的，針對具體失效事例的異徑管 問題的理論研究很少見有報道。實際上，異徑管 不同于直管或等徑彎頭，異徑管幾何形狀復雜，又 具有一些統一的共同特征，具有很多自己獨到的 特點，筆者從7方面對其進行了初步的分析研究。
通過字符公式描述物理現象是常見的研究方 法，初步分析發現，當彎曲半徑尺一∞時，異徑彎 管便變成同心異徑管。而當兩端的直徑相等時， 同心異徑管就成了直管，偏心異徑管就成了橫截 直管或斜截直管，異徑彎管就成了等徑彎管(彎 頭)。
參數的變化來明確表達各種具體結構： (1)管件中心線彎曲半徑R； (2)彎曲半徑與大端圓截面的夾角臼； (3)大端圓截面與外拱母線的夾角a； (4)大端圓截面與內拱母線的夾角_19； (5)大端圓截面回轉半徑半徑rl； (6)小端圓截面回轉半徑半徑r2。 這些管件在承受相同的外載荷時管壁上的應 力分布應該有一個包含上述6個結構參數的統一 表達公式：口=P(a、口、p、R、r1、r2、￡、[盯]、n)，式 中P表示外載荷，￡是管件殼厚，[口]是管件材料 的許用應力，n是該許用應力相應安全系數。上 式中，尚未考慮管件橫截面的橢圓度的影響。
異徑管的結構特點有許多具體表現，如：①通常屬于薄殼結構；②除同心異徑管外，結構非軸對 稱，不屬于旋轉薄殼；③理論上，對于偏心異徑管， 垂直于管件軸線的橫截面不是圓面但是壁厚處處 相等，而與管件兩端面平行(即與管道軸線垂直) 的橫截面是圓面但是壁厚不均勻；④異徑彎管是 一種雙曲面結構；⑤與等徑彎頭或三通等其他管 件不同，異徑彎管兩端面即便是與等直徑、等壁厚 的直管相對接，其大端內拱也存在內凹、小端外拱 存在外凸(見模型圖2和實物圖3、圖4)，其開始變 徑的截面處也就存在結構突變；⑥由于成型工藝， 管件往往出現壁厚不均勻、橫截面橢圓形等。
且彎 管屬于非軸對稱的旋轉薄殼，在同一內壓作用下， 彎管中性面處彎曲半徑徑向向外的作用力要大于 徑向向內的作用力，使得其結構受力不均，產生力 矩，彎曲應力已經成為影響其強度的主要應力，經 典的、不考慮邊緣力的無力矩薄膜應力式已無法 反映等徑彎管的實際應力分布狀況，而且，內壓作 用下異徑彎管的應力分布狀況進一步復雜化，使 異徑管表現出獨特的受力特點，具體有：①除與等 徑彎頭一樣其力學性能與彎頭的相對彎曲半徑 n．。 R／r、彎頭的彎曲系數A=等等幾何參數有關 r一 外，還與兩端大小口的差異程度有關；②內壓作用 下，理想結構尺寸的偏心異徑管和異徑彎管也會 產生力矩，旋轉薄殼的無力矩理論無法完全反映 它們的應力狀況；③由于管件壁厚不均勻和橫截 面橢圓形，管壁產生彎曲應力；④幾何和材料的非 線性相互作用不僅會促成異徑管的塑性破壞，而 且異徑管的極限載荷會低于直管的極限載荷。
異徑管結構的功能特點：①與三通相比，異徑 彎管不但能改變管道走向，還能使管道走向不同 的角度，而管內介質流線都能順暢，減少壓降和溫 降[23；②與等徑彎頭相比，異徑彎管不但能吸收管 道熱脹冷縮的位移變化，還能使管內介質流速改 變；③同心異徑管或偏心異徑管在不改變管道走 向的前提下，能使管內介質流速改變而流線順暢； ④異徑管小端可加上盲板構成封頭功能。
異徑管結構的功能特點：①與三通相比，異徑 彎管不但能改變管道走向，還能使管道走向不同 的角度，而管內介質流線都能順暢，減少壓降和溫 降[23；②與等徑彎頭相比，異徑彎管不但能吸收管 道熱脹冷縮的位移變化，還能使管內介質流速改 變；③同心異徑管或偏心異徑管在不改變管道走 向的前提下，能使管內介質流速改變而流線順暢； ④異徑管小端可加上盲板構成封頭功能。
在有限元軟件的前處理功能中，按所需壁厚 分別作同心異徑管及兩端與其相連的等壁厚直管 時，同心異徑管與直管之間的連接面是環形錐面， 或者，同心異徑管與直管之間內外壁面的相慣連 接線不在同一軸向位置上，如圖5所示。
按所需壁厚分別作與同心異徑管兩端相連的 直管，然后通過兩端直管的端面連接來構造同心 異徑管時，同心異徑管與直管之間的連接面是環 形平面，該同心異徑管的壁厚必定較兩端直管的 壁厚要薄，對標準中常用到工程去的同心異徑管 規格來說，從巾168／牽89×5．5到帕25／憶19×10之 間，減薄率為1．1％。7．0％，如圖6所示。
同理，先分別作與偏心異徑管兩端相連的直 管，再連接兩直管端面同樣可構建的偏心異徑管， 問題是偏心異徑管的壁厚在周向是變化不等的。 如果使得非偏心的一側壁厚等于理論尺寸，則偏 心部分的壁厚較理論尺寸稍薄一些，標準推薦的 結構尺寸其偏心減薄也在10％一11．4％。反之， 如果使得偏心部分的壁厚等于理論尺寸，非偏心 的一側的壁厚就會較理論尺寸稍厚一些。
按斜截同心異徑管截頭所得結構代替偏心異 徑管時，因為斜截面不是圓面而是橢圓面，就會存 在端面與直管之間有錯邊、無法完全相接的問題l3|。 顯然，這些模型尺寸偏差也將使分析結果產 生不容忽略的誤差。目前，工程圖學和計算機繪 圖方面尚未有更好的辦法來方便且精確地描述偏 心異徑管的實體造型，要精確地描述偏心異徑管 的實體造型十分繁瑣，異徑管的有限元建模方法 尚需深入探討。
