碳纤维复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀、可设计性强等优点，广泛应用于航空、航天、船舶、水下工程等领域。特别是近年来随着人类对深海环境的不断探索和发展，各种海洋探测器得到了开发和应用，采用碳纤维复合材料制作抗高外水压结构件成为该领域的研究热点之一。因此，碳纤维复合材料的抗外压性能和结构设计方法成为人们关注的焦点。

　　碳纤维复合材料圆筒在静水外压作用下的破坏型式主要是达到一定压力后的失稳破坏，因此复合材料圆筒的结构设计主要为计算临界外压载荷。本文运用某直径为130mm，长度为400mm的碳纤维圆筒作为样件，采用三种不同的铺层方案进行研究，分析复合材料筒体抗外压载荷的影响因素。

　　碳纤维复合材料采用日本东丽公司生产的T700SC-12K高强碳纤维和环氧树脂通过纤维缠绕工艺制作，铺层结构包括90°和0°两种铺层角度，分别为两层，采用对称铺层方式。根据90°铺层厚度设计了三种不同铺层方案，分别为0.5mm、1mm、1.5mm，即1倍、2倍、3倍的关系，试样铺层均采用[90°/0/0°/90°]s。

　　碳纤维复合材料圆筒在外压作用下的主要破坏型式为失稳破坏，其分析过程主要是求解临界失稳压力的过程。碳纤维复合材料圆筒受外压作用，与内压等相比有较大差异，比较复杂。外压失稳载荷与圆筒的壁厚、直径、长度和材料弹性模量等有较大关系。

　　碳纤维复合材料圆筒外压试验工装由两端金属堵头和中间金属连杆组成，分别将三种不同铺层方案的碳纤维复合材料圆筒放置到压力罐中进行外压试验，其破坏压力分别为0.42MPa，2.68MPa和7.4MPa。通过对碳纤维复合材料圆筒受外压载荷的结构分析和试验验证，可以得出以下几点结论：碳纤维复合材料圆筒受外压作用的主要破坏型式为屈曲失稳。在材料和几何外形一定的情况下，复合材料圆筒的抗外压能力与壁厚有较大关系，增加厚度可显著提高外压破坏载荷。

       阅读延伸：《高速旋转的碳纤维圆管轴向强度有多大？》