碳纤维缠绕Ⅳ型复合材料压力容器以其轻量化、耐腐蚀、疲劳性好等优点在新能源汽车和航空航天等领域表现出巨大的应用前景。以工程塑料为内衬的Ⅳ型复合材料压力容器由于国内尚无相关标准,且未形成大规模的产业化,因此这方面的研究工作相对较少。在此,本文针对碳纤维缠绕Ⅳ型复合材料压力容器展开了以下五个方面的研究:(1)针对Ⅳ型复合材料压力容器内衬刚度低于金属内衬的问题,在缠绕实验前,文本对缠绕实验所用内衬的稳定性进行了分析。通过Mises公式推导出圆筒形内衬临界失稳载荷计算方法,然后分别基于特征值法和Riks弧长法,分析内衬的特征屈曲和后屈曲行为,得到内衬的临界失稳载荷,并研究了不厚度下内衬的特征屈曲和后屈曲行为。(2)根据微元法和力的平衡关系,给出了螺旋缠绕和环向缠绕纤维对内衬产生背压的力学模型,确定薄壁缠绕结构下内衬所受背压的解析计算方法,参考后屈曲失稳分析结果,确定最佳缠绕张力值。(3)由NOL环测试结果和载荷工况,基于网格理论完成缠绕角和缠绕层的设计。确定采用测地线缠绕,筒身段缠绕角为12.47°,螺旋缠绕层数为5,环向层数为15。基于龙格库塔法,使用MATLAB软件编程,求解缠绕线型方程,并根据均匀稳定布满的缠绕规律,确定最佳缠绕线型为5切点缠绕;通过MATLAB软件进行五切点线型轨迹的仿真,研究纤维在内衬上的分布规律。采用三次样条函数法对封头处缠绕层厚度进行预测,综合考虑封头处厚度堆积和整体压力容器上纤维重叠问题,确定最终缠绕实验采用两股纱进行缠绕。(4)基于所设计的缠绕参数,借助有限元软件ABAQUS对Ⅳ型压力容器进行精准地几何建模,研究其在工作压强和爆破压强下的力学响应。结果表明:工作压强下,纤维层最大应力值远低于纤维层的破坏强度,复合材料压力容器处于安全状态;采用最大应变准则预测压力容器爆破压强,结构在57MPa内压下发生低压爆破,失效区域为封头处平行圆半径51.74mm—67.65mm区域。针对此问题,提出结合扩孔方法的封头帽补强法,结构爆破压强提升了17.5%,纤维在筒身与封头交界区域发生失效。(5)借助四轴数控纤维缠绕机,使用T800HB-12000-50B碳纤维和EW-6F环氧树脂,采用两股纱、五切点、测地线等缠绕参数完成塑料内胆碳纤维全缠绕Ⅳ型复合材料压力容器的成型,验证了所设计缠绕参数的准确性。本文所做工作可以为碳纤维缠绕Ⅳ型复合材料压力容器提供设计思路和技术路线,为Ⅳ型复合材料压力容器的发展打下理论和实验基础。