具有金属内衬的复合材料纤维缠绕结构以其比强度和比刚度高,抗疲劳、抗震、耐腐蚀和密封性能好以及结构的可设计性等诸多优点而被广泛地应用于航天、航空、汽车、造船、化工、机械、建筑和能源等各个工程部门。该结构成型过程一般需经历缠绕、固化和超压三个工艺阶段,此三个工艺阶段在成型过程中是连续的,各阶段的工艺参数都将会对结构的最终使用性能和承载能力带来重要的影响,为此,本文对该结构的成型和使用过程进行一体化分析和研究。同时由于该结构在制造和使用中都不可避免地受到外来物的低速冲击,由试验结果和使用经验结果表明,在结构内部将会产生一类目视不可测损伤,譬如:树脂开裂和分层破坏等等,导致结构承载能力的显著降低,故在本文中还开展了低速冲击下该结构的损伤萌生和演化以及冲击后含损伤结构的剩余承载能力研究。论文的主要内容是: (1) 提出温度参数法和一种虚-实结合、逐层实化的有限元分析策略,对复合材料缠绕结构的缠绕张力引起的自平衡应力场进行了仿真分析。同时此分析策略与迭代搜索方法相结合能实现缠绕结构等张力场要求的反问题的求解。 (2) 采用以平方收敛的Newton-Raphson格式的轴对称时—空有限元法,实现了对复合材料缠绕结构的固化成型工艺全过程中温度和固化度的分布及其变化规律的数值模拟研究。同时对复合材料缠绕结构进行了固化全过程的应力场分析,并应用Chang-Chang破坏准则成功判别了在固化过程中结构内的损伤情况。 (3) 基于Hellinger-Reissner广义变分原理,提出了分析复合材料缠绕壳结构过程应力场的混合状态Hamilton元半解析法,建立了缠绕结构的内、外表面状态变量之间的关系。在数值模拟过程中,采用了传递矩阵技术和逐步精细积分法求解缠绕结构内、外表面状态变量未知量的方程。该方法大大地提