随着过程装备向大型化和高参数化方向发展,制造过程装备的材料面临技术挑战,而多层复合材料成为解决这一工程技术问题首选材料。复合材料界面是多相多层复合材料各相连接的“纽带”,也是力学及特殊功能特性传递的桥梁,其界面断裂失效机制将直接影响复合材料的最终综合性能,因而先进金属复合材料过程装备设计与安全评估技术的前提是要研究建立复合材料界面微区结构、性能和服役条件—界面微区内应力和变形—界面断裂失效关联理论,为此本论文通过扩展有限元数值模拟方法,对其进行了系统研究,明晰了具有初始界面裂纹缺陷复合压力容器界面裂纹扩展规律,揭示了界面裂纹的扩展的形成机理,为具有初始界面裂纹缺陷的复合材料压力容器延寿技术的研究奠定了理论基础,研究取得如下创新成果。传统单层材料压力容器初始裂纹扩展的扩展有限元数值模拟与试验研究的对比分析表明采用XFEM法模拟压力容器裂纹的扩展过程,能准确捕捉裂纹的扩展形貌和扩展方向,模拟研究结果与实验研究结果相吻合,实验验证了XFEM法能够用于压力容器壳体在复杂应力状态下的裂纹扩展过程的动态模拟研究。系统研究了材料性能、服役条件和初始裂纹形貌对具有初始界面裂纹缺陷复合压力容器的裂纹扩展规律的影响,研究建立了复合材料界面微区结构、性能和服役条件—界面微区内应力—界面断裂失效关联关系,揭示了裂纹扩展的形成机理,为复合压力容器的设计和安全评估奠定了理论基础。具有界面初始裂纹缺陷的复合压力容器的界面裂纹显椭圆形貌扩展,且向弹性模量小的材料方向偏离界面扩展,界面裂纹扩展驱动来源于界面裂纹微区的内应力。沿材料分层界面周向,分层界面裂纹前沿的裂纹微区的内应力的分布显双峰型态分布,双峰顶点表示分层界面裂纹前沿位置,且随着温度载荷的增加,双峰顶点之间的距离和裂纹微区的最大内应力增大,表明分层界面裂纹前沿沿着周向方向不断扩展,且扩展速率增加。提出了通过在界面增设功能梯度过渡层提高具有界面初始裂纹缺陷的复合压力容器构剩余寿命的技术方法,研究建立了功能梯度过渡层界面微区结构、性能和服役条件—界面微区内应力—界面断裂失效关联关系,揭示了在界面增设功能梯度过渡层提高具有界面初始裂纹缺陷的复合压力容器剩余寿命的机理,为具有界面初始裂纹缺陷的复合压力容器延寿技术的研究奠定了理论基础。