碳纤维复合材料压力容器的设计需求
碳纤维复合材料压力容器常识介绍
碳纤维复合材料制成的压力容器有哪些呢？医疗呼吸器系统里就有，家用氧气呼吸器，消防自给式正压空气呼吸器，救援用压缩氧气循环式呼吸器；航空航天里也有，如飞机逃生滑梯充气装置，弹射座椅；新能源汽车行业里也有，如钢内胆碳纤维环向缠绕钢复合材料气瓶（CNG-2）、铝内胆碳纤维全缠绕复合材料气瓶（CNG-3）、塑料内胆全缠绕复合材料气瓶（CNG-4）等压缩天然气储气瓶、高压储氢气压力容器等。
碳纤维复合材料压力容器通常由内衬层和碳纤维复合材料层组成，内衬层主要负责存储、防漏和防化学腐蚀，而碳纤维复合材料层主要负责承载气体。碳纤维复合材料具有超强的抗拉强度，面对气体压力载荷时，比金属材料更加得心应手。
碳纤维复合材料压力容器结构设计
为了提高压力容器的力学性能、缩短制造周期和降低成本，需要根据相关设计理论和标准对复合材料压力容器进行结构设计。采取非测地线缠绕成型方法设计T800碳纤维复合材料球形压力容器，基于离散函数建立有限元模型，对其应力分布和极限强度进行模拟分析，进一步根据最大应力准则预测其爆破压力并进行试验验证，实验结果与模拟预测一致，为纤维缠绕球形压力容器的设计提供了参考。
利用网格理论和有限元模型对碳纤维缠绕超高压前混合磨料罐进行设计，将传统磨料罐的质量降低了80%，且其罐体的受力性能更佳。针对高强中模T800碳纤维研究应用较少的现状，采用干法缠绕成型工艺获得不同直径的T800碳纤维全缠绕复合材料压力容器，为高性能T800碳纤维的产业化应用奠定了理论与实验基础。
碳纤维缠绕层是复合材料压力容器主要的压力承载体，较大程度上决定了压力容器的质量高低及其安全性与可靠性，因而其设计至关重要，主要包括缠绕角度、缠绕张力及纤维层厚度等方面。
通过比较不同缠绕角度对碳纤维复合材料压力容器受力情况的影响，根据最大应变准则、最大应力准则和失效准则进行失效判定，发现纤维缠绕角度为51°时压力容器的性能明显优于其他缠绕角度压力容器。
基于薄膜理论、网格理论以及缠绕原理，采取非测地线缠绕模式对碳纤维缠绕参数进行优化，利用对切点数及砂片宽度对非测地线缠绕的影响进行评估，得到最优的缠绕参数，以保证纤维的稳定性和均匀性，最后利用有限元模型分析缠绕参数对内衬和纤维层应力分布的影响并预测爆破压力，实验结果与理论计算一致。