低温高压储氢由于其储氢密度高，可达80g/L以上，是一种非常有前景的储氢技术。根据国内外的相关研究，结合车载储氢气瓶的工作环境，对低温高压储氢气瓶进行结构设计。本文采用有限元软件ANSYS Workbench对低温高压储氢气瓶的强度和复合材料气瓶的抗疲劳性能进行了研究。
　　本文以低温高压储氢气瓶为研究对象，通过网格理论计算出复合材料层的纤维厚度和缠绕角度，从减少纤维用量和提高气瓶极限承载能力的角度考虑，采用小角度螺旋缠绕、大角度螺旋缠绕加环向缠绕三种混合缠绕，基于ANSYS Workbench平台下的ACP模块（ANSYS Composite PrepPost）建立了低温高压储氢气瓶的有限元模型，通过对气瓶在各个载荷工况下的应力进行分析，确定了气瓶内胆和纤维缠绕层的应力分布状态。结果表明在各个载荷工况下低温高压储氢气瓶均满足气瓶设计要求，满足复合材料气瓶对于纤维应力比的要求。自紧处理对气瓶沿径向的应力分布产生了一定的影响。在自紧压力和最小设计爆破压力下，内胆沿径向的应力分布从内到外逐渐减小，但工作压力下内胆沿径向的应力分布从内到外逐渐增大。对于纤维缠绕层来说其分布规律一致，其应力从内到外逐渐减小。并应用最大应力准则对气瓶的极限承载能力进行了预测，得出当内压载荷为97.3MPa时，环向缠绕层已经全部失效，此时可以认为气瓶已经爆破。通过采用该技术可显著提高气瓶的能量密度。
　　为了提高复合材料气瓶的抗疲劳性能，本文研究了在不同的自紧压力下气瓶内胆平均应力和交变应力幅的变化规律。本文采用通用有限元分析软件对复合材料气瓶进行了未自紧、不同自紧压力下气瓶的应力分析，得出了不同自紧压力对气瓶平均应力和交变应力幅的影响。并采用SWT平均应力修正方程对交变应力幅进行了修正。结果表明：对气瓶进行自紧处理，基本不会改变内胆的交变应力幅，但是却可以降低其平均应力；随着自紧压力的增大，气瓶的最大等效交变应力幅减小。由此可知自紧压力对于内胆的交变应力幅没有影响，本质是通过降低内胆的平均应力来提高气瓶的抗疲劳性能。在满足纤维应力比的前提下得出气瓶的最佳自紧压力，确定其疲劳循环次数；与未自紧时相比，自紧处理后气瓶的疲劳循环次数提高了21倍。由此可见对气瓶进行自紧处理可显著提高气瓶的疲劳循环次数。