金属内衬全缠绕复合材料气瓶具有承载力强、质量轻、安全性高等优点,应用领域非常广泛。对复合材料气瓶进行力学分析和优化设计具有非常重要的理论意义和工程应用价值。目前,从研究的领域及方向来看,有关复合材料气瓶稳定性理论分析比较少见。由于复合材料气瓶结构的复杂性,影响其性能的因素比较多。本文主要对以下四个方面进行研究:1、纤维缠绕复合材料气瓶的力学分析。根据复合材料气瓶的受力特点,在内衬不失稳的条件下,推导了不同类型的圆筒内衬与纤维缠绕筒体之间的最小粘接强度计算公式。结论表明内衬材料和内衬模型的长径比对其稳定性有很大影响。并运用网格理论方法对纤维缠绕复合材料气瓶进行结构设计。2、全缠绕复合材料气瓶的有限元分析。利用ANSYS有限元参数化编程语言(APDL)建立与复合材料气瓶力学性能尽可能一致的参数化有限元模型。在模型中,实现了封头段螺旋纤维层的变厚和变角度,考虑了自紧影响。采用瞬态动力学方法模拟复合材料气瓶加压卸载过程,并对该复合材料气瓶在不同工况下的有限元计算结果进行了分析,结果表明复合材料气瓶的应力分布水平和失效模式均符合DOT-CFFC标准。3、自紧力的优化。参考DOT-CFFC标准的规定并结合复合材料气瓶在不同工况下应力水平,采用二分法查找方法确定了自紧力范围,根据复合材料气瓶在工作压力下的应力分布得到最佳自紧力,实现了自紧力的优化。4、自紧和内衬材料非线性的研究。利用上述有限元模型,探讨自紧和内衬材料的非线性组成的四种不同类型复合材料气瓶模型对复合材料气瓶内衬和纤维层受力的影响。结果表明,自紧可以有效地降低内衬在工作压力下的应力水平,提高纤维层的利用率,与是否考虑内衬材料的非线性无关;在工作压力下,无自紧时,内衬材料的非线性对复合材料气瓶内衬和纤维层的应力无明显影响。有自紧时,内衬材料的非线性对复合材料气瓶内衬的应力影响比较明显,对纤维层的应力影响不明显。