三通作为供热直埋管道中经常用到的重要局部构件,是管系中不可回避的薄弱环节,其对整个管系的稳定安全运行起着至关重要的作用;另外,由于其几何结构复杂和数学分析的困难,至今对供热领域三通理论研究相比弯头、变径等明显滞后,特别是压制三通,其在供热中应用越来越广泛,而对其的研究却很少。针对这一现状,本文借鉴石油化工、机械等领域三通研究思想,利用ANSYS有限元模拟的方法,分析了三通特别是压制三通在内压、温度载荷作用下应力的变化规律。本文所做的工作简述如下:第一章从集中供热到直埋管道再到供热三通,详细叙述了本文的选题大背景和目前研究状态,基于课题的研究意义,简要阐述了论文的研究方法和内容。第二章理论分析了供热直埋管道受到的各种荷载,而不同的载荷会产生不同的应力,并对应力可能导致的管道失效方式进行了分类,明确指出三通的主要失效方式是塑性变形和低循环疲劳破坏。第三章在简单介绍三通的基础上,说明了焊制三通与压制三通的加工工艺,并对比两者的优缺点指明压制三通优于焊制三通。最后给出了一种新型三通加工工艺。第四章主要针对三通的两种失效形式,分析比较了国内外对于三通无限塑性变形与低循环疲劳破坏的应力计算方法,推导总结了国内外直管与三通壁厚的计算方法。介绍了欧洲规程的帕尔姆格林—米纳公式以及S—N曲线,并计算出三通临界应力大小,从而可以判断出不同等级要求下的三通是否满足低循环疲劳破坏的安全性要求。并在给出三通施工做法的基础上,分析了三通加固方法与理论。第五章利用ANSYS有限元软件,通过对三通特别是压制三通模型施加压力载荷、温度荷载,得到本文的研究成果:(1)仅在压力载荷下,首先模拟得到了在应力集中区域三条关键路径上的应力分布规律,发现焊制三通最大当量应力点位于肩部内壁,而压制三通随着转角半径的增大,最大当量应力点有从肩部到腹部两侧移动的趋势;发现造成应力集中的主要因素是环向应力,而轴向应力的作用较小;得到了焊制三通应力集中区最大最小当量应力值的比值及压制三通与焊制三通最大当量应力值的比值;得到了压制三通随着转角半径、局部壁厚变化时,最大当量应力值的变化规律等。(2)在压力与温度载荷同时作用下,模拟得到了在应力集中区域三条关键路径上的应力分布规律,发现焊制三通最大当量应力点位于腹部内壁,而压制三通随着转角半径的增大,最大当量应力点有从腹部到肩部两侧移动的趋势;发现造成应力集中的主要因素是轴向应力,而径向应力的作用较小;得到了压制三通与焊制三通最大当量应力值的比值;得到了压制三通随着转角半径、局部壁厚、支管长度变化时,最大当量应力值的变化规律等。(3)模拟发现三通在压力载荷与温度载荷单独作用的应力值叠加起来等于两种载荷同时作用下得到的应力值,能很好满足叠加原理;压力载荷与温度载荷相比,温度载荷是主要因素,压力载荷是非常次要的因素。(4)发现在压力与温度载荷作用下,三通腹部发生了鼓胀变形,而肩部则是内塌变形。(5)通过模拟发现垂直引分支优于平行引分支与跨越三通;且模拟分析了焊制三通披肩加强与肋板加强及压制三通肋板加强的效果。(6)对弹塑性分析进行了有限研究,得出了不同于线性分析的结论。第六章归纳本文的研究成果,总结本文的不足之处,提出三通今后的研究方向。