为降低温室气体排放和燃料成本,新能源技术得以迅速发展。然而可燃性气体在存储过程中经常会遇到泄露等问题,因此气体的安全存储变的十分重要。金属内衬复合材料压力容器因为质量轻,安全性好等优点广泛应用于航空航天、能源化工等领域,在气体储存和运输方面发挥着巨大的作用。因此,为减少成本,追求容器性能的最大化,有必要对复合材料压力容器进行分析与优化。纤维缠绕技术的迅速发展,使得复合材料容器封头设计的工艺更为精细,为准确评价容器的力学性能,需要对容器进行更为准确的建模分析。因此,本文基于纤维缠绕轨迹给出了封头厚度与角度变化预测模型。借助于ANSYS软件对纤维缠绕复合材料压力容器进行强度分析与失效分析,对封头的应力与应变水平进行了评估。此外,基于刚度退化模型对封头的损伤过程进行了研究,结果表明封头先发生基体失效和剪切失效、基体损伤与剪切损伤密切相关。根据前述结构有限元分析结果,将容器的性能指标(PV/M)作为目标,分别基于Tsai-Wu准则的首层失效模型和Hashin准则的刚度退化失效模型,以滑移系数和极孔半径为控制参数,超椭圆封头的短轴长度与指数作为设计变量,利用粒子群优化方法(PSO),对容器封头的形状进行优化设计,并探讨了设计变量对优化结果影响规律。将两种优化结果在同一准则约束下进行有限元分析,结果表明两者极限压强差别不大。但是首层失效优化结果未考虑容器在使用过程中面临的各种复杂工程问题,有一定局限性,而考虑刚度退化后的优化结果将容器损伤产生与扩展纳入优化约束中,更贴合实际情况,在一定程度上可提高容器的安全性和寿命。