车用压缩天然气气瓶具有高压化、轻量化、低成本和高可靠性等发展趋势。在国外非金属内胆复合材料全缠绕气瓶越来越被重视并且得到了很广泛地应用,但我国在这一领域尚缺乏研究与探讨,所以对非金属内胆复合材料气瓶的相关性能研究非常关键。本文结合国内外研究研究现状,展开了下列工作:(1)通过结合有关标准和相关参数,对非金属内胆30MPa复合材料气瓶进行了结构设计,确定了气瓶内胆的结构参数;结合网格理论与纤维缠绕工艺要求,对气瓶的纤维缠绕层进行了结构设计,包括确定纤维缠绕角度、纤维缠绕厚度、纤维缠绕层数等。(2)对复合材料气瓶的充气过程温升现象的影响因素进行了热力学理论分析,在天然气快速填充到气瓶的过程中,有四个因素导致气瓶出现温度升高的现象:节流效应、气体受到压缩产生的热量、系统动能的内能转化,环境换热。(3)应用ABAQUS软件中的子程序(WCM),建立了气瓶在设计压力及最小爆破压力工况下的有限元模型,对气瓶结构进行了应力分析和强度校核,气瓶结构在工作压力30MPa作用下满足强度要求,从而验证了气瓶结构的合理性。(4)通过建立考虑湍流、真实气体效应和固体传热的数值仿真模型,对气瓶快充温升过程进行了仿真模拟,得到了在充装过程中气瓶内部气体及气瓶壁面的温度分布情况,确认了该工况下气瓶充气的安全性。并通过与已有实验进行仿真对比,检验了仿真模型的正确性。(5)利用建立的数值仿真模型,通过对多组气瓶进行了充气过程的数值模拟,从而对本文设计的30MPa非金属内胆气瓶进行了性能分析。本文设计的30MPa非金属内胆气瓶,其充气2min时的充气量是市面上80L的20MPa气瓶充气量的1.4倍,气瓶自重仅为与本文设计气瓶体积相同的钢内胆复合材料气瓶自重的1/2。