纤维复合材料由于其高比强度、比模量的特点,已经应用于航空航天结构中。纤维缠绕压力容器就是复合材料得到广泛应用的典型范例。具有金属内胆的纤维缠绕压力容器极限破坏载荷(爆破压力)关乎结构和人员安全,故其计算分析至关重要,大量实验及数值仿真研究表明,即使在工作压力下,纤维缠绕容器的复合材料缠绕层已经出现大量的基体开裂和分层损伤,载荷主要由缠绕层纤维承担,这使得在计算容器爆破压力时,应考虑缠绕层的破坏并进行相应的刚度折减。通常纤维缠绕压力容器的力学性能和承载能力强烈依赖于其制造工艺,如缠绕张力制度、固化制度(温度和压力)以及自紧工艺压力等。这使得将制造工艺因素引入纤维缠绕压力容器的有限元分析中变得尤为重要。本文通过编写ANSYS用户子程序的方法将Hashin破坏准则引入有限元计算,对复合材料进行破坏判断,并进行相应的刚度折减。同时,将纤维缠绕张力和自紧工艺引入有限元计算。首先,设计计算出缠绕张力制度,并应用厚壁筒理论将其转化为缠绕完毕后缠绕层的应力状态,采用纤维束弹性变形理论计算出每一层的纤维体积分数,采用桥联理论由纤维体积分数计算出每一层的工程弹性常数和强度常数,最后计算容器的爆破压力；其次,计算出最佳自紧压力,将容器进行一次自紧循环,再计算容器的爆破压力。最后,综合考虑纤维缠绕张力和自紧压力,对容器进行爆破压力的计算。本文工作得到国家自然科学基金面上项目(10702012)的资助。
