一种非等厚壁面叉形环应力扩散结构及其设计方法，属于航空航天贮箱技术领域。该叉形环应力扩散结构是轴对称结构，结构主要特征体现于结构的截面构型，截面构型主要包括：Y形过渡区、焊缝热影响区、筒段区域。所述的非等厚壁面叉形环应力扩散结构采用双面应力均化方法，确定截面厚度的结构参数，优化后焊接区轴向应力非常均匀，接近纯轴拉受力状态，贮箱的承载能力相较传统设计方案大幅提高。本发明解决其原始焊缝设计缺陷问题，创造性解决了“大直径叉形环－异态环焊缝－大径厚比筒壁”新型复合结构变形协调与应力有效扩散难题，实现大直径运载火箭贮箱叉形环结构的结构设计。