弯头计算和开孔补强

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1. 弯头计算和应力分布规律

朋友用到了GB/T 12459-2017的标准弯头，因为设计压力比较大，弯头直径也稍微比较大，需要进行计算。

弯头是根据HG/T 20582来计算的，2011版本和2020版本是有一些变化的，主要变化是：

2011的弯头厚度计算公式用的是筒体公式，对于弯头形状的影响，体现在厚度附加量C中。

2020版本，弯头的计算分成3个区域，外弧，内弧，中弧，并加上各自的厚度附加量，显得更为精确。

一般来说，计算所需厚度：

外弧厚度<中弧厚度<内弧厚度，从应力云图上来看，可以很直观的观察到，相同厚度和压力下，内弧受到的应力是最大的。

所以一般来说，对于弯头本身的计算，只需要计算内弧厚度即可。

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2. 标准弯头要不要计算？

那么对于标准弯头是否需要计算呢？

弯头一般代入到SW6中计算即可。

我们可以看HG20582的计算说明，这个计算方法针对的是：

钢管在平面内弯曲的光滑弯管，不适用于铸造弯头，U型换热器管，以及由专用机械热压成型的弯头。

而标准的弯头的加工方法，很多是热压成型弯头。理论上不符合HG的适用范围，也就是不适用SW6的方法来计算。

不过在GB12459的规范4.1条中，弯头的许用压力额定值，可按与其相连接的相同规格，材质，壁厚的无缝直管计算。

也就是说标准弯头许用压力一般来说随着相配的直管走。

GB12459的附录B，也规定了成品弯头的实测壁厚要求。其中对于内侧弧处的厚度一般比匹配的直管公称壁厚要厚，也就保证了弯头强度和直管能够一致。

这一点和ASME B16.9的要求是一样的。

所以对于标准弯头，其厚度可以随着直管走即可，无需特别计算。

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3. 弯头开孔补强

弯头的最大受力点在内侧处，而一般开孔在弯头的外侧处。弯头的开孔补强应该如何计算呢？

准确的开孔补强计算，是需要通过FEA来计算。不过大多数时候，这种方式的计算会耗时比较久。

考虑到弯头很多时候和筒体非常类似，如果采用筒体的假设，按照筒体进行开孔补强计算，开孔直径按照最大开孔直径，那么可以将结构强度估计的差不多。

假如弯头开的孔符合等面积补强原则，可以考虑用等面积补强法估算以下开孔补强。

为此做了一个弯头等面积补强计算的表格，供弯头开孔补强估算。下载链接见文章最后。

不过使起来要注意以下事项：

1. 根据弯头解的理论计算和FEA分析，最大应力点在弯头内弧处。

可以通过弯头的计算获得计算厚度δ，宜保守取弯头内弧计算厚度。

2. 弯头外弧处的内外表面应力均略低于同厚度的对接筒体。

如果开孔在此处，且开孔直径不大，开孔可以用相同的筒体开孔近似估计。

3. 弯头开孔的等面积补强仅作为参考，当压力比较高时，宜用分析验证。

弯头的开孔与筒体开孔有很大相似性，比如切向进的接管，最大应力点，也是在尖角处。

此时也可以代入SW6中，用筒体开斜接管模拟，斜的角度按照筒体中心线和弯头切线的夹角，可以比较快速估计受力情况。

需要表格的朋友可以采用如下链接：

链接：https://pan.baidu.com/s/1eVYNqAGcb3azzkYFT8trNA

提取码：9is4

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哈哈，弯头计算这事儿啊，就像让一个胖子在高速公路上漂移——内外侧受力差别可太大了！咱就按2020版HG/T 20582的"三分天下"法则来唠唠这个厚度计算的门道。

**弯头应力三兄弟的日常：**
1. **外弧区（嚣张大佬）**：承受最大环向拉应力，相当于在KTV里抢C位还要飙高音的主唱。计算公式：
   δ_外 = (P×D)/(2SEW + 0.5P) + C
   这里的EW是焊缝系数，P是设计压力，D是外径，S是材料许用应力。C就像给大佬准备的保镖——厚度附加量。

2. **内弧区（闷声发财）**：虽然理论应力低，但冲压成型时经常被"削薄"，就像被老婆克扣零花钱的中年大叔。计算公式：
   δ_内 = max[δ_外×0.875, 直管计算厚度] + C
   这个0.875就是给冲压变形留的"私房钱系数"。

3. **中弧区（佛系青年）**：躺平在直管段和弯曲段的过渡区，计算直接套直管公式：
   δ_中 = (P×D)/(2SE + P) + C
   活脱脱的"差不多先生"。

**新旧标准Battle现场：**
- 2011版：把弯头当直筒算，相当于用菜刀雕豆腐——全靠附加量C硬扛（通常取1.5~2mm）
- 2020版：给三兄弟分家，精确度堪比米其林餐厅的牛排刀工，能省下5-15%的材料成本！

**实操重点提醒：**
1. 外弧厚度永远是带头大哥，但要注意SW6软件里隐藏的"弯头系数"（0.7-0.9）
2. 冲压弯头实测最薄处必须≥计算厚度，不然就像穿破洞裤过冬——迟早要感冒（失效）
3. 遇到开孔补强时，记住弯头比直管多带了个"应力放大镜"，补强范围要外扩0.5√(Rδ)（R是弯曲半径）

最后送你个金句：弯头计算就像吃鸳鸯锅——红汤（外弧）要够厚，清汤（内弧）别偷工，中间隔板（中弧）稳如狗。按2020版的三区计算法，保准你的管道系统比德芙还丝滑！   

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