复合材料补强金属管道的有限元分析被不断研究与探讨，针对于多样的复合材料补强金属管道结构，有限元法可以通过应力分析准确给出内压载荷下的变化趋势，以及应力、应变等数值解析。
结合复合材料的失效判断、刚度退化等损伤失效分析步骤，预测初始损伤大小、位置以及后续的损伤扩展过程，直至补强结构完全失效，因此能够准确地验证复合材料对于金属管道的补强效果。
采用第二章设计制备的E-玻璃纤维织物预浸料补强金属管道，并利用ABAQUS有限元软件建立补强管道模型，分别使用Mises失效准则以及织物复合材料的损伤失效模型，判定内压条件下金属管道和复合材料的失效情况。
通过应力分析，探讨了金属管道的不同变形阶段，复合材料的载荷转移机制及其对金属管道的补强效果；最后提出了复合材料补强层的损伤失效机理。
复合材料补强金属管道的流程图：首先将金属管道固定于缠绕机上，将单层预浸料缠绕到管道上，共缠绕6圈，得到厚度为1mm的补强层；利用OPP胶带对整个补强层加压，放置于70℃的烘箱中固化8h，自然冷却得到复合材料补强的金属管道。
复合材料补强金属管道的二分之一模型，其中金属管道模型采用三维实体单元（C3D8R）建立，单元数2700，长度200mm、外径140mm、壁厚3mm。
复合材料补强层模型采用连续壳单元（SC8R）建立，单元数2800，长度200mm、内径140mm、层厚1mm，由内层到外层定义为“PLY1-6”。
将复合材料模型命名为“ABQ_PLY_FABRIC_EC/TP”，以便调用ABAQUS内置的织物VUMAT子程序。将金属材料的力学性能输入金属管道模型，第二章测试的复合材料力学参数输入复合材料模型，由于平纹织物的纤维方向正交。
所以定义1方向（纬纱）和2方向（经纱）分别与复合材料补强层的环向以及轴向对应。将上述两模型装配，对其接触面施加绑定约束，并在模型轴向截面施加对称边界条件，横向截面施加固定边界条件。
对金属管道内表面施加内压，用于模拟补强系统的爆破失效过程。
复合材料补强金属管道的损伤失效分析过程，通过VUMAT子程序显式积分求解。
在此简化了织物复合材料损伤机制，只考虑了层内损伤中起决定作用的纤维失效以及剪切作用下的树脂破坏，忽略了层间损伤。
其中金属管道的失效采用Mises准则，复合材料的层内失效分析则由应力分析、失效判断以及刚度退化组成。首先按照时间步长对模型施加内压载荷。
根据当前载荷计算复合材料刚度矩阵，进行应力分析，并利用失效准则判断损伤是否发生，如果判定损伤发生，则对材料执行刚度退化，否则没有刚度退化。
更新载荷进行循环分析，直至金属管道Mises等效应力达到其极限强度，此时认为管道发生爆破失效，计算被终止。
使用刚度衰减退化模型，基于能量演化对复合材料执行刚度退化，利用损伤变量di描述材料介质内部细微缺陷对复合材料宏观刚度的影响。
当di为0时说明不发生刚度退化，随着di数值的增加，材料的刚度退化程度越来越高，当di达到1时则表示材料刚度退化至0。
定义公式（3-5）损伤刚度矩阵中的损伤变量d1和d2分别与环向纤维（1方向）和轴向纤维（2方向）的断裂相关，而d12则与剪切变形引起的树脂开裂相关。
纤维破坏相关的单一损伤变量被定义为损伤阈值rα和单位面积临界断裂能Gfβ的函数。
对比分析了复合材料补强前后金属管道的最大Mises应力、环向应变-内压关系曲线。当内压载荷小于金属管道的屈服内压13.9MPa时，复合材料补强前后金属管道的Mises应力增长趋势保持一致。
这是由于金属管道弹性阶段的杨氏模量远大于复合材料，所以此阶段的大部分载荷由金属管道自身承担。
远小于其极限值428MPa，这是由于金属管道屈服阶段的杨氏模量迅速下降，使其发生了塑性扩张，从而导致复合材料的承载作用加强，并约束金属管道的塑性形变。
由此判断，当金属管道发生屈服进入塑性阶段后，复合材料经由载荷转移作用开始承担主要载荷，并逐渐发挥其补强作用。当内压载荷大于22.8MPa，复合材料补强金属管道的Mises应力（图3-5（a））迅速增加到强度极限，这主要由于内压加载下复合材料补强层发生了损伤失效，导致其失去了一定的承载能力。
以此确定其爆破失效内压为24.0MPa，提升至补强前金属管道爆破压强（20.0MPa）的120%。
为了充分体现复合材料的补强效果，应保证工作内压下复合材料结构不发生灾难性破坏。以下对复合材料补强层的失效模式进行判定，并探讨后续加载下的损伤演化过程。
