碳纤维复合材料的成型有多种方式，目前较为广泛应用的是纤维缠绕工艺技术。纤维缠绕技术对于芯摸的要求较高，对于轴对称部件，比如圆管轴承，其缠绕线型较为简单。对于像弯管这种拓扑结构较为复杂，具有负高斯曲面的部件，从其缠绕线型上分析就较为复杂。可以利用ANSYS有限元分析软件来分析不等厚度以及不等角度铺层的纤维缠绕复合材料弯管的强度分布情况。

　　研究人员分析的样品为芯模形状为90°的直角纤维缠绕复合材料弯管，其碳纤维弯管芯模结构尺寸为：内径315mm，圆环段的曲率半径为457.5mm，直管段长度为150mm。

　　视弯管为层合板结构，即每一个单元相当一个层合板。对于弯管复合材料结构采用shell99单元，采用映射法进行单元划分。给弯管两端施加固定约束，并给弯管施加0.4MPa的内压。在利用所设计的线型缠绕90°弯管圆环面段的过程中，其缠绕厚度和缠绕角度都会随着坐标的变化而变化。因此，在有限元建立模型时，需要对每个单元指定铺层角度和厚度。

　　将整个纤维缠绕弯管划分为540个节点和520个单元，在ANSYS有限元软件中建立有限元模型，根据分析结果显示，在弯管最大曲率处有最大轴向应力，其值为25.9MPa；并且轴向应力沿弯管由中心向两端逐渐减小，弯管最大的周向应力为56.8MPa，最小的周向应力为6.42 MPa，均位于弯管与直管相连接处附近。

　　可以利用蔡-吴张量强度准则，对已所求结构的最外一层进行判据计算，计算结果表示该弯管在0.4MPa的内压作用下，满足强度要求，处于安全状态。

　　现对该弯管所能承受的最大荷载进行预测。基于弹性结构假设，给弯管的内表面上施加任一大小的内压载荷，利用ANSYS有限元软件对其进行应力分析，通过计算给出蔡-吴判据值较大的几个节点的蔡-吴判据值。在前一级所施加的载荷的基础上，再给弯管施加一任意大小的载荷增量，再对弯管结构进行应力分析计算，也通过计算给出相应的几个节点的蔡-吴判据值。利用节点应力与所施加荷载的线性相关的性质，即可以预测出结构的破坏载荷。

　　根据破坏荷载的预测方法，给弯管在0.4MPa内压作用的基础上，再施加0.1MPa的内压。计算对应几个节点的蔡-吴判据值平均值为：0.84176142，由蔡-吴张量强度准则的定义可以知道，当判据值等于1时，结构处于临界破坏状态，可以预测出纤维缠绕弯管的临界破坏荷载为0.59MPa。

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