车载低温绝热气瓶在设计时需要保证其动热性能均满足使用要求,一方面气瓶在设计压力、惯性载荷和液体晃动载荷综合作用下应力不能超出许用值,另一方面气瓶在振动试验激励下不能发生共振,此外其总漏热量还要在规定范围以内。随着大容积LNG气瓶和液氢气瓶的研发推广,气瓶对这些指标的要求更加苛刻,然而目前主要还是采用设计计算-生产样瓶-性能试验的方法开发气瓶,缺乏有效的优化设计手段。本文在国家重点研发计划（2017YFC0805603）资助下,通过数值模拟和实验的方法对气瓶的动热特性进行了分析,然后基于响应面法和变密度法,实现了对气瓶结构的多目标参数优化和拓扑优化,并将优化设计方法应用于超低温液氢气瓶的研发。主要研究内容和结果如下:（1）建立了车载低温绝热气瓶的有限元模型,对气瓶的动热特性进行了分析。强度分析时,考虑液体晃动载荷,得到了不同行驶工况下气瓶强度薄弱位置,确定了后续强度优化的目标函数;与轴向加速度作用下对比,径向加速度作用时引起的的最大应力降低约30%,在设置防晃内件时应当以阻挡液体轴向晃动为主;随着充装率增大,各危险位置的应力峰值和应力幅值均逐渐增大,但是增加幅度减小,满载是最危险工况;根据强度计算结果,提出液体晃动影响系数对虚拟质量法进行了修正。振动分析时,分别对气瓶进行模态计算和瞬态动力学计算,结合不同充装率的气瓶振动实验对共振频率计算结果进行了验证,结果表明,实际气瓶在内胆径向摆动振型对应的频率发生共振,后支撑滑动接触会使共振频率降低但不改变振型,优化结构刚度时应以该阶共振频率作为目标函数。传热分析时,对气瓶各部分的漏热量进行了计算,并通过日蒸发率检测试验验证了传热分析的准确性,支撑结构漏热量达到了总漏热量的56%,结构优化时应作为主要优化区域。（2）根据车载低温气瓶动热特性分析结果,基于响应面模型和多目标遗传算法对气瓶进行了参数优化。首先不考虑补强圈仅优化前后支撑结构,以漏热量、二阶固有频率和径向加速度作用时支撑颈管根部应力为目标函数,初步优化后相比于原始尺寸漏热量降低12%,二阶固有频率提高38%,支撑颈管根部薄膜加弯曲应力降低66%。然后加上补强圈并对其进行了优化,相比于原气瓶,优化后各工况下的最大应力均有所降低,漏热量降低12%,二阶固有频率提高58%。（3）在参数优化的基础上,进一步对气瓶进行拓扑优化。拓扑优化基于不同方向惯性加速度强度分析结果,采用变密度法并以最小柔度作为目标函数,得到了不同保留质量百分比的拓扑优化方案。结果表明:保留质量50%以上时,只去除后支撑材料,此时结构危险区域应力强度不变,漏热量和固有频率均减小;保留质量30%时对前支撑管进行了局部减薄,径向振动引起应力上升约10%,轴向振动应力不变,振动频率略微降低,漏热量降低23%。从减小漏热量的角度考虑,质量削减到30%是比较合适的方案,共振频率仍然高于振动试验要求的40Hz,实际随车行驶时不会发生共振。（4）针对液氢气瓶的设计条件,首先在传统LNG气瓶的结构基础上应用液氢的边界条件进行优化,发现当漏热量满足条件时,共振频率在振动试验激振频率范围以内,且最大应力远远超过材料许用应力。为降低漏热量对绝热层和管路进行了结构改进,提出了一种内框架支撑并分别对其进行参数优化和拓扑优化,最终得到的液氢气瓶结构其最大应力为306.7MPa,共振频率为55.61Hz,充装液氢时日蒸发率为3.88%,满足车载液氢气瓶预期性能指标。