随着环保意识的普遍增强,将具有清洁能源之称的氢气作为汽车的动力源的研究逐渐得到了科技人员的重视,大量的研究围绕着氢气的制备、储存与运输而展开。其中氢气的储存与运输容器关系到氢气的安全使用和整车质量的利用效率而成为研究热点。气瓶是理想的氢气储蓄容器,传统的气瓶材料采用纯金属,金属气瓶因其重量大、经济性不高而需要被其他材料所替代,其中复合材料因其比模量高、耐腐蚀、抗疲劳性能高等诸多优点成为替代金属气瓶的首选方案之一。车载氢储蓄罐的使用特点是在使用过程中不停地充放氢气,将会导致气瓶内的压力不断地周期性变化,并且气瓶要在一些极端工况下,如水压、爆破情况下也需保证其安全,这就导致了罐体结构设计的复杂性,需要对局部危险区域进行加强,或者对性能要求较高的区域进行结构优化。而复合材料压力容器不仅在材料选择上具有优势,同时复合材料本身具有可设计性,因此可以根据瓶体的受力和使用需求,结合复合材料制造工艺的特点,分析和研究其复合材料氢储蓄罐本体的材料构建和结构优化,以提高复合材料氢储蓄罐的力学性能与使用寿命。本文主要的研究工作和结论如下:（1）依据某企业所需的氢储蓄罐内衬尺寸与气瓶使用要求,基于国家标准规定对复合材料的罐体进行材料选择与初步铺层方案的设计。通过ESAComp软件对所设计的复合材料氢储蓄罐进行爆破压力校核,研究纤维失效特性并调整铺层方案。校核结果显示在最大应力准则下满足爆破压力要求。（2）基于ABAQUS软件对复合材料氢储蓄罐在自紧压力、零压力、工作压力、水压测试压力以及爆破压力下的应力分布进行分析,结果显示总体结构上封头相对于筒身段更容易发生应力集中。复合材料层最大应力由内层向外递减,且环向铺层的纤维承受大部分载荷。内衬会较早地发生塑性应变,导致复合材料氢储蓄罐整体抗疲劳性能下降,因此通过自紧力优化降低气瓶内衬的应力水平。将自紧力等效为纤维缠绕张力,并基于VUMAT子程序将层间失效加入自紧力优化分析中,研究自紧压力对气瓶在工作压力与最小爆破压力下应力分布的影响。结果表明自紧优化后气瓶在工作压力下,内衬应力改善33.28%,复合材料纤维承载能力利用率提升4.3%。（3）考虑到兼顾玻璃纤维较高的断裂韧性以及碳纤维更高的弹性模量,采用层间混杂的形式设计复合材料层。基于提出的改进自适应遗传算法,分别以平均面内刚度最大化、筒身段位移最小化为优化目标对复合材料层缠绕角度和纤维选择进行优化,得出在工作压力与爆破压力下的最优缠绕角顺序及纤维成分。刚度最大优化后气瓶平均面内刚度提升50%,气瓶整体应变也下降33.7%;位移最小优化后,在35MPa压力下,筒身段最大位移减少了13.6%,在90MPa压力下,筒身段最大位移减少了16.8%。本文基于标准和工况的要求研究了复合材料车载氢储蓄罐的材料与结构优化设计方法,相对于传统的网格理论设计方法实现了轻量化目标,并且气瓶安全性与实用性都得到了一定的提升,对复合材料氢储蓄罐和氢能源汽车的发展具有一定的参考意义与应用价值。