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自20世纪40年代第一条玻璃钢管道安装用于防化学腐蚀以来，复合材料管道得到了迅速发展。目前，玻璃钢管道已进入成熟阶段，成为通用管道。由于采用纤维缠绕复合材料弯管具有强度高、模量高、质量稳定、生产效率高和成本低等特点，并已经成为发达国家主要的弯管成型工艺。我国从20世纪70年代初开始小批量生产玻璃钢管道，工艺以缠绕和手糊为主。近年来，我国也开始采用纤维缠绕方式进行复合材料弯管的生产。目前，对于纤维缠绕结构工艺的研究较多，例如:纤维缠绕过程中的曲面架空问题；纤维缠绕过程中的张力；纤维缠绕圆柱壳的前屈曲变形问题；通过考虑材料的非线性因素，对纤维缠绕壳体的变形进行分析和计算；以及对纤维缠绕压力容器结构，基于网络理论，给出了纤维缠绕圆筒压力容器和封头爆破压强的计算方法，并给出了用模拟实验压力容器确定纤维发挥强度的方法。
本文提出采用商用有限元分析软件ANSYS，利用其中的层合板单元，对纤维缠绕复合材料弯管的强度进行分析，并进一步预测了弯管的破坏压力。通过与试验结果的对比，验证了分析模型和分析方法的有效性，为分析纤维缠绕弯管结构的强度提供了一种有效的途径，该方法可为纤维缠绕结构的设计提供有价值的参考。
将弯管视为层合板，铺层为[(±α)4]T，弯管最薄处为6.2 mm，最薄处铺层的平均厚度为0.775mm。将整个弯管共划分为9 264个节点和3 234个单元。其中弯管复合材料结构部分采用SHELL99单元类型，其直管段沿圆周方向划分为44个单元，沿轴向划分为10个单元，两段直管段共分为880个单元；90°弯管段沿圆周方向分为44个单元，沿母线方向划分为48个单元，共计分为2112个单元。弯管的两个端部为金属板，厚度为10 mm，采用SHELL63单元，共划分为242个单元。有限元分析的网格如图1所示。
由于90°弯管段在缠绕过程中，其厚度和缠绕角随着坐标的变化而变化。因此，在生成单元时，采用直接生成方法，即先依次给出各节点的坐标，然后由节点生成单元，并指定单元的厚度和铺层角度。每一个单元即为一个层合板，其铺层均为8层，每一层的厚度和缠绕角取纤维缠绕芯模时布满一次的平均厚度和平均缠绕角。弯管两端固支，内压为0.6 MPa。应力分析结果如图2和图3所示。图2给出了弯管轴向应力的分布图，从图2中可以看出，轴向应力最大值为6.06MPa，位于最大曲率处，较小的轴向应力位于曲率最小处，而且轴向应力沿弯管由中心向两端逐渐减小。图3给出了弯管周向应力的分布，其中最大的周向应力为16 MPa，最小的周向应力为5.99 MPa，均位于弯管中与直管相连接处附近。
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