随着直埋技术的不断发展和完善,集中供热的规模也在逐渐地扩大,直埋供热管道技术便成为了供热系统的主要研究内容。在直埋供热管道系统中变径段是易发生事故的危险管段,对其进行全面的受力分析,得到应力位移的精确计算,有利于增强供热管道系统的可靠性,也有利于提高整个供热系统的安全性,节约了投资。对于直埋供热系统中的变径管的受力分析可以辨证的参考和吸取机械、石油化工等领域的研究成果,但上述领域的变径管所属条件和直埋领域的变径管所属条件存在着一定的差异,所以其并不完全适用于直埋供热领域。虽然已有直埋技术的专家学者对变径管进行了受力研究和分析,但其并没有通过实验和仿真对其理论研究进行验证。本文针对直埋供热管道中的变径管,做了以下工作:第一章阐述了变径管的研究的背景及意义,归纳国内外在石油化工和直埋供热等领域与本课题相关的对变径管的研究发展和现状,提出在变径管的研究中所存在的问题,并选定本课题的研究方法和研究内容。第二章对直埋供热管道的变径段在石油化工和直埋供热等领域进行受力分析,筛选出最接近实际情况的理论计算方法。石油化工等领域主要是在变径管单一受到内压的情况下对其进行受力分析,提出应力范围限制,并提出加强加固措施。直埋供热领域则考虑了变径管所受的内压力,土壤摩擦力,轴向应力等综合作用下的受力情况,并对不同领域下一、二级变径的壁厚的计算以及一、二级变径的满足强度条件下的最大循环温差进行了数据对比分析,列出变径管的建议经向(端面到端面)长度。第三章采用大型有限元分析软件ANSYS对处于最不利情况——锚固段的直埋供热变径管道的受力进行了模拟分析。具体是对不同管径、不同对焊方式、不同经向长度的变径管,在不同内压、温度、位移条件下进行建模仿真,得出了变径管道的应力分布特征,分析对比了直段对焊同心和斜段对焊同心两种不同焊接方式变径管段不同的应力分布,并给出变径管不同特征尺寸与变径管应力的关系,以便为工程设计人员选取变径管道的焊接方式、变径管的结构方式、决定变径管的特征尺寸提供有力的数值参考,来选取应力最优、最能符合工程实际的变径管道。第四章借鉴直埋供热直管道的疲劳寿命分析方法,对变径管进行疲劳寿命分析,得出适合变径管疲劳寿命的理论计算方法,并通过ANSYS对变径管的疲劳寿命分析进行模拟仿真。第五章使用软件ANSYS建立以DN500X450为代表的双层焊缝的异径管焊接模型,利用ANSYS的热分析和结构分析功能佐以其生死单元技术,对异径管焊接热过程进行了热--结构耦合模拟,得出异径管焊接温度场和残余应力场的分布特征。第六章将本文中前面各章中的研究成果及得出的结论进行归纳总结,为今后的研究工作提出建议和方向。