本文为研究复合材料在结构中的应用,以370mm固体火箭发动机壳体作为复合材料结构的分析案例,通过对其进行结构特征分析、结构设计和结合有限元的强度分析等过程,设计出满足强度要求的纤维缠绕复合材料壳体,以此说明复合材料结构设计和分析的一般方法与过程。本论文的研究可以为同类型的复合材料发动机壳体,或者其它复合材料结构提供一定的参考。本文主要工作如下:(1)分析固体火箭发动机的结构特点,结合复合材料力学与结构力学,了解设计的重点与难点,并在该结构设计要求的前提下,选取恰当的设计理论与设计方案,为以后的设计分析工作做准备。(2)利用网格理论对本论文的纤维缠绕壳体进行分析,对发动机壳体进行筒身段与封头段的纤维全缠绕设计工作。壳体的筒身段采用螺旋缠绕与环向缠绕相结合的双角度缠绕的方式进行缠绕。利用两种材料对壳体进行结构强度设计,对壳体的前后封头部分采用等应力封头的理论来设计,使前后极孔相等,且每个封头有12段变角度和变厚度的螺旋缠绕铺层结构。结合选用的复合材料工艺参数设计出纤维缠绕的层数,预设多种铺层方案,并进行理论强度校核。(3)借助有限元分析软件,建立固体火箭发动机壳体的壳单元简化模型,对多种铺层方案进行有限元计算,得到每种方案下的应力大小与变形状态。通过分析纤维铺层顺序对应力结果的影响,提取出强度较高的铺层方法,并针对本模型提取出一种相对最佳的铺层方式。(4)建立固体火箭发动机壳体的三维实体模型,包含壳体与前后金属接头,得到各个单层的应力状态和环向缠绕层、螺旋缠绕层的应力最大节点,通过后处理得到其在材料主轴坐标系上的应力,即纤维方向、基体方向的主应力与材料平面内剪应力,利用Tsai-Wu张量准则的强度比方程计算各单层最大应力的强度比,验证本文设计的壳体符合强度设计的要求,说明本文设计的复合材料结构可应用于同等型号的固体火箭发动机,也可以为其它复合材料结构的研究工作提供参考。