随着氢能源应用的不断推广与复合材料气瓶技术的日益成熟,氢燃料电池车近年来发展迅速,其核心部件之一储氢气瓶对车的行驶里程有决定性的影响。为追求更高的容重比和储存密度,70MPa塑料内衬复合材料气瓶成为发展的趋势。由于内衬结构的特殊性,塑料内衬复合材料气瓶的结构设计较金属内衬复合材料气瓶难度更大,目前为国内外研究的重点。本论文以70MPa塑料内衬复合材料储氢气瓶为研究对象,基于塑料内衬复合材料气瓶的结构特点和使用要求,完成塑料内衬的结构设计;采用网格理论进行复合材料缠绕层的初步结构设计以及初步强度校核,完成复合材料层的设计;基于ABAQUS软件,采用精细化建模方法,实现封头段缠绕层变厚度变角度建模;对塑料内衬进行缠绕过程中的稳定性分析,对复合材料气瓶进行工作压力、水压以及最小爆破压力下的应力应变分析;依据复合材料渐进失效理论,选用Tsai-Wu失效准则作为判据,提出基于Chang和Camanho的改进退化方式,通过USDFLD子程序实现气瓶加压过程的损伤失效分析;以封头段纤维缠绕层的厚度分布作为目标函数,使用遗传算法对缠绕角度和层数进行优化,根据有限元验证结果选出使气瓶整体力学性能最优的方案。通过以上研究,完成内衬的结构尺寸及缠绕层铺层方案设计;内衬的屈曲分析结果表明临界失稳外压为0.14MPa,在缠绕过程需充入0.07MPa的压力防止缠绕张力作用下内衬塌陷失稳;气瓶各压力下的应力分析结果与极限强度对比表明,纤维方向的应力始终小于极限强度,但垂直纤维方向和面内剪切方向存在失效的可能;气瓶的渐进失效分析结果表明采用单一螺旋向缠绕角度设计的气瓶最终爆破压力为154MPa,爆破位置为过渡区,未达到设计的最小爆破压力;不同螺旋缠绕层数下的封头厚度优化结果表明,螺旋缠绕层为50层时的优化方案使气瓶具有最佳力学性能,此时爆破压强为164MPa,爆破位置为筒身段,其爆破压强提高了 6.5%。论文在研究过程中采用理论设计-有限元验证-算法优化的思路,为塑料内衬复合材料气瓶的分析提供了一种快捷有效的途径,计算分析结果为气瓶实际的研制提供一定的参考和指导。