氢能具有来源多样、洁净环保、可储运、可被高效转换利用等优点,将成为与电能同样重要的二次能源。氢能与氢燃料电池汽车的发展已成为世界主要汽车生产国的国家战略,也是我国中长期科学与技术发展规划纲要的重点基础研究内容。高压储氢因具有设备结构简单、压缩氢气制备能耗低、充装和排放速度快等优点,已成为氢燃料电池汽车普遍采用的储氢方式。高压储氢气瓶作为氢燃料电池汽车的重要储能部件,因储存介质为易燃易爆的高压氢气(35～70MPa),且具有可燃的碳纤维/树脂复合材料层,其在汽车起火等意外事故中的安全性能已成为氢燃料电池汽车被公众广泛接受和市场化推广的关键。汽车意外起火往往导致高压储氢气瓶受局部火作用,其在压力泄放装置(PRD)开启前发生爆炸的危险大大增加。目前高压储氢气瓶在局部火烧环境下的耐火性能尚不明确,更缺乏失效预测方法,亟待开展研究。本文在国家高技术研究发展计划(“863"计划)课题“高压储氢、输氢、加氢安全保障技术装备与应用示范”(项目编号：2012AA051504)的支持下,针对碳纤维全缠绕复合材料高压储氢气瓶的耐局部火烧性能开展了研究。主要研究内容和取得的创新成果如下：(1)开展了高压储氢气瓶局部火烧试验关键技术研究,形成了自冷却气体快速增压、火源扩展远程控制、热响应参数远程监测、试验安全保障等高压储氢气瓶局部火烧试验关键技术,研制了高压储氢气瓶局部火烧试验装置。开展了高压储氢气瓶局部火烧试验与火烧残余强度试验研究,重点研究了氢气与空气分别作为气瓶充装介质时的热响应与泄放规律,以及氢气与空气泄放对气瓶火烧残余强度的影响规律。研究表明：氢气与空气在局部火烧试验时的热响应差异较小,但氢气的泄放速率远大于空气的泄放速率；受氢气泄放后发生爆燃的影响,充装介质为氢气的局部火烧试验气瓶的火烧残余强度更小。(2)基于高压储氢气瓶局部火烧试验研究结果,建立了高压储氢气瓶局部火烧试验过程数值模型,实现了不同火源类型的高压储氢气瓶局部火烧试验过程模拟。基于所构建的数值模型,开展了局部火烧条件下高压储氢气瓶传热特性研究,揭示了充装介质、充装压力、局部火烧时间、局部火烧部位等对PRD动作时间的影响规律；对比分析了铝内胆(Ⅲ型瓶)与塑料内胆(Ⅳ型瓶)碳纤维全缠绕高压储氢气瓶在局部火烧环境下的传热特性差异。研究表明：仅内胆材料不同时,在相同的局部火烧环境下,Ⅲ型瓶内的氢气平均温升与压升速率高于Ⅳ型瓶；当气瓶局部火烧部位远离瓶口PRD时,Ⅲ型瓶的瓶口氢气温升速率高于Ⅳ型瓶,热量能更快地传递至其PRD。(3)解决了高压储氢气瓶局部火烧试验过程数值模型与有限元分析模型间的热响应数据耦合传递问题,建立了局部火作用下气瓶热载荷分析方法,实现了高压储氢气瓶热-结构耦合边界条件的有效传递。构建了高压储氢气瓶铝内胆与碳纤维／树脂复合材料层的材料力学性能退化模型,结合气瓶热载荷分析结果,建立了热-结构耦合作用下气瓶力学响应分析方法；在此基础上,通过求解气瓶在局部火烧各时刻下的爆破压力,揭示了气瓶爆破压力随局部火烧时间的退化规律,进而建立了气瓶爆破压力-瓶内气体压力-局部火烧时间的关联关系,提出了局部火作用下高压储氢气瓶的爆破压力与耐火时间预测方法,并以日本汽车研究所(JARI)开展的高压储氢气瓶局部火烧爆炸试验为例,对气瓶的爆破压力与耐火时间进行了预测,验证了预测方法的准确性。