碳纤维复合材料具有比强度比模量高、耐高温抗腐蚀等优异性能，在航空航天与民用领域都具有重要和广泛的应用。利用工程上复合材料压力容器结构设计普遍应用的网格理论，进行筒体部分纵向缠绕和环向缠绕的设计；采用层合板理论，运用Tsai-Hill强度准则，进行了强度校核。借助MSC．Patran／Marc有限元分析软件，分析气瓶材料的弹塑性历程，设计了气瓶的预紧压力。仅考虑内压作用下，参考DOT CFFC标准，对碳纤维缠绕复合气瓶在不同工况下的应力、应变分布进行了有限元数值模拟研究；分析确定了气瓶的最佳预紧压力；探讨了纵向缠绕角对气瓶爆破压力及纤维强度转换率的影响。有限元计算结果表明，气瓶的应变以瓶身中部和肩部两侧的环向处应变最大，而气瓶肩部的变形并不明显。通过合理选择预紧压力，可以有效降低工作压力下气瓶金属内衬材料的应力水平，提高复合材料气瓶的综合性能。针对随机抽样的气瓶样品，进行了水压和爆破试验测试。试验结果表明，数值计算结果与试验结果基本吻合，容器各项指标均达到规定要求，设计方案合理、可靠。