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目前,碳纤维增强复合材料(CFRP)储氢气瓶是高压储氢技术的重要实现方式,以其独特的优势而倍受国内外青睐。复合材料储氢气瓶的失效行为和极限强度等相关研究仍然是其优化设计的基础和关键性工作。然而,由于高压储氢气瓶快速充放氢过程会发生显著的温升效应,导致复合材料气瓶长期在高温、高压循环载荷下工作,使其力学行为和失效机理变得异常复杂。因此,研究复合材料气瓶在快充氢过程的温升效应和热力耦合行为,以及开展气瓶渐进失效分析和疲劳寿命预测分析,成为目前急需解决的重要问题。为了达到以上目标,本文展开了一系列深入研究,主要研究内容和相关创新成果如下：(1)在70MPa快速充放氢疲劳试验系统上,开展了复合材料气瓶快充温升效应试验,详细分析了快充过程的温升变化机理；进而开展了气瓶快充氢疲劳循环试验,得到了气瓶氢环境下的疲劳寿命和失效机理。试验过程中采用了相应的监测手段以确保系统的安全运行并实时监测受试气瓶的失效状态。(2)建立了快充过程理论分析模型,分析了各个充装参数对快充温升过程的影响；基于理论分析建立了CFD计算模型,研究了各个充装因素对温升效应的影响规律并提出了可行的降低温升效应的控制策略和加氢方案。最后建立了气瓶FEA计算模型,基于ABAQUS顺序热力耦合分析方法,研究了气瓶快充过程的热力耦合行为,分析了温升效应对气瓶力学性能的影响机理。(3)基于微观力学失效理论(MMF),并结合连续介质损伤力学理论(CDM),提出了复合材料气瓶渐进失效分析方法。通过微观力学分析,将复合材料层板结构分析从宏观尺度转换到微观尺度,进而引入基于组分失效的损伤变量,建立复合材料三维损伤本构关系和损伤演化模型,从而实现对复合材料气瓶复杂失效模式和最终强度的准确预测。整个渐进失效分析过程借助ABAQUS用户子程序(UMAT)编程实现。(4)提出了基于组分强度分析的复合材料疲劳寿命计算方法。通过微观力学失效理论(MMF),将复合材料加速测试方法(ATM)扩展到组分层面,建立了组分疲劳强度控制曲线；同时基于三维弹性理论,建立了柱坐标系下复合材料气瓶筒体应力分析模型。最后基于宏-微观应力计算和组分疲劳强度曲线,建立了ATM/MMF气瓶疲劳分析模型,通过MATLAB编程计算,成功预测了复合材料气瓶在内压循环载荷和高温载荷作用下的疲劳寿命。