纤维缠绕复合材料压力容器具有高比强度、高比刚度、重量轻、寿命长、成本低等特点,在航空航天、车载储氢气瓶等新兴发展领域得到了广泛的应用。近年来关于复合材料压力容器的成型工艺、轻量化设计和承载强度等方面已有很多研究。但纤维缠绕复合材料压力容器失效方式十分复杂,影响因素较多。当前针对纤维缠绕层部分的受力性能的研究较多,对压力容器整体结构受力性能研究较少,多是考虑纤维缠绕层的厚度和缠绕角度的影响,忽略了纤维铺层顺序影响。针对以上问题,本文对纤维缠绕复合材料压力容器进行整体结构设计,通过水压爆破试验,并对考虑纤维材料损伤演化的有限元模型进行数值模拟,以研究纤维缠绕复合材料压力容器的爆破压力和受力破坏机理。在此基础上,进行了纤维缠绕层优化。具体研究工作包括:根据铝合金内胆纤维缠绕复合材料压力容器设计条件与规范要求,完成铝合金内衬结构设计。依据网格理论对纤维缠绕层初步缠绕角与缠绕层厚度进行设计。通过水压爆破试验得到了铝合金内胆纤维缠绕复合材料压力容器的爆破压力。利用有限元分析软件ABAQUS中WCM插件建立了2维轴对称复合材料压力容器有限元模型对爆破试验进行了数值模拟。引入了基于Hashin失效准则用户UMAT子程序来模拟加压过程中复合材料的渐进损伤特性,通过渐进损伤分析预测了爆破压力值和爆破位置,发现有限元模拟的爆破压力和爆破位置与试验结果吻合良好。在此基础上对不同内压下的纤维缠绕复合材料压力容器的各部分受力情况进行分析。为了使纤维缠绕复合材料压力容器承载力达到设计要求并满足规范要求的安全位置爆破模式,通过扩孔工艺和纤维铺层调整提出了纤维缠绕层结构优化方案,并进行了有限元验证。本文采用理论、试验和有限元模拟相结合的方法对纤维缠绕复合材料压力容器的爆破压力和受力性能进行了研究。提出了针对纤维缠绕复合材料压力容器的“理论设计-试验结合有限元验证-结构优化”闭环设计方法,并取得的较好的结果,为纤维缠绕复合材料压力容器的结构设计与优化提供了一种新的思路,并对生产实践有很好的指导作用。