近年来，随着科学技术水平及制造业的快速发展，社会各领域对材料提出更高要求，复合材料凭借其优良性能在众多材料中脱颖而出。对于复合材料压力容器的研制，国外已形成相对成熟的体系，而国内起步较晚，虽有较快发展，但相较国外仍存在较大差距。环氧树脂的性能影响着复合材料性能的发挥，且因其具有诸多局限性，故对其改性是学术界的重点。

　　由于固体火箭发动机壳体的结构属于回转壳体，中部结构为圆柱形筒体，筒体上下分别与标准椭圆形封头相连接，壳体的两端为开有极孔的接管，复合材料层缠绕于内衬结构之上。固体火箭发动机壳体的整体结构呈轴对称，并且内衬结构较之纤维缠绕层部分来说相对更为简单，所以本文将对所选取的模型的内衬结构进行一定的简化。本文所选取的固体火箭发动机壳体部分，内衬为铝合金T6061、其纤维缠绕的材料为国内生产工艺相对比较成熟的碳纤维T700。

　　前面已计算得到了筒身部分螺旋缠绕角为25°，所以纤维在筒身段的铺层为90°/-25°/90°/25°/90°/-25°/90°/25°/90°/-25°/90°/25°/90°/-25°/90°/25°/90°/-25°/90°/25°。螺旋与环向缠绕各有十层，共计二十层，并且铺层为两种缠绕相互交叉铺层。

　　经过有限元非线性求解，最终得到30MPa载荷作用下的内衬、环向以及螺旋向纤维的应力分布。由于封头只存在螺旋缠绕而不存在环向缠绕，所以封头段环向纤维应力值是零，应力最大值是257.1MPa，并且最大位置发生在压力容器封头与接管的过渡部分；应力最小值是7.4MPa，最小位置在筒体与封头的连接部分，由于在封头与接管部分结构发生了突变，使得应力值最大。在30MPa载荷条件下内衬材料未到达材料的屈服极限，材料未发生塑性变形，由此说明对于内衬结构，均布载荷还有提升空间。

　　30MPa载荷作用下的环向纤维应力分布显示，由于环向缠绕只在筒身部分，封头段的环向纤维应力值为零，即图中蓝色区域，环向纤维应力最大位置发生在简身部分，即图中的红色区域，最大应力是845MPa。

　　30MPa载荷作用下螺旋纤维的应力分布显示，螺旋向纤维的应力分布较为均匀，纤维均能承受较大载荷，由于螺旋缠绕在封头与筒体的连接部分产生结构上的突变，会造成局部的应力集中，所以螺旋向纤维的最大应力发生在封头与筒体的过渡部分，最大应力值为1509.71MPa。最小应力发生在接管部分，由于这一部分靠近出口，纤维缠绕的厚度最大，其结构与筒体部分的缠绕一致，缠绕较为均匀，最小应力值为11.9691MPa。

　　将内压载荷从30MPa逐步增加到32MPa、36MPa以及40MPa，伴随着内压的增加，内衬材料首先到达屈服极限，同时产生塑性变形，载荷继续提高，内衬层的应力不再有显著的增加；随内压的增加，环向纤维与螺旋向纤维应力不断增加，应力分布均匀，各部分都能够承受较大的应力。当内压增加到40MPa时，螺旋向纤维首先到达纤维的发挥强度，纤维发生断裂，同时意味着40MPa压力条件下容器发生失效。

　　阅读延伸：《碳纤维缠绕钢内衬圆筒的耐压性能研究》