随着我国汽车工业的高速发展以及国家可持续发展战略的要求,汽车的节能减排、轻量化已被列入汽车工业发展的关键课题。纤维增强复合材料因其具有高强度、密度小、耐腐蚀等诸多优点,在汽车工业领域将拥有广阔的市场前景,其中纤维缠绕车载压缩天然气(CNG)气瓶在发展中国家已得到了大量的使用。纤维缠绕车载气瓶作为车用压缩天然气的储气装置,是天然气汽车的重要组成部分,气瓶的安全可靠直接关系到汽车的续航能力和安全运行。因此纤维缠绕车载CNG气瓶结构设计的研究对提升我国汽车工业发展具有极其重要的战略意义。本文根据纤维缠绕车载气瓶的设计要求,对70L纤维缠绕车载CNG气瓶的结构设计进行了以下几个方面的研究:首先根据薄膜理论分析了气瓶封头的椭球比对气瓶强度的影响,依据网格理论,结合气瓶容积、使用空间以及实际生产工艺等约束条件,确定了气瓶的内衬几何尺寸、纤维缠绕层的纤维厚度和缠绕角度。其次利用ANSYS中的参数化设计语言(APDL),建立了气瓶各种工况下有限元参数化模型,并且在仿真模型中实现了封头段纤维层变角度、变厚度的处理,分别对各种工况下的力学性能进行了有限元数值计算以及分析。然后根据铝内衬全缠绕碳纤维增强复合材料气瓶的基本要求(DOT-CFFC),对气瓶的自紧压力进行了优化,分析了自紧压力作用下气瓶在各工况下内衬和纤维层的力学性能。最后采用ANSYS提供的优化工具和算法对气瓶纤维层的厚度进行了优化,确定了环向缠绕层和螺旋向缠绕层的最佳厚度。