具有金属内衬的纤维缠绕压力容器具有质量轻、强度高、性能比非常优越等优点已被广泛应用于航天航空等前沿军事领域和能源化工等民用领域。因而对纤维缠绕压力容器的研究和优化具有非常重要的理论意义和实用价值。不同于钢气瓶等各向同性结构容器,纤维缠绕压力容器由于各向异性和特殊的成型技术,其结构更加复杂尤其是在封头部分,沿着子午线纤维缠绕角和厚度均在发生变化,已经存在的理论和方法无法对纤维缠绕压力容器的进行精确的分析。本文以纤维的缠绕原理和受力情况以及曲面微分几何为基础,推导纤维缠绕角的微分方程,并通过近似逼近和插值方法得到纤维缠绕角和纤维层厚度的预测公式。在ANSYS有限元软件中进行实物仿真计算和强度校核,通过计算确定危险区域位于结构复杂的封头区域。利用MATLAB和ANSYS联合仿真优化技术,采用PSO优化技术,以超椭圆函数作为形状优化的基函数,在考虑纤维缠绕型复合材料压力容器的几何约束、纤维缠绕方式、失效准则和最大形状因子等因素,在内压载荷作用下优化封头的形状,并分析了不同滑移系数和容器极孔大小对优化结果的影响。最后研究了外压作用下,纤维缠绕压力容器的屈曲失稳,并针对外压容器的加筋结构进行了一定的优化,计算结果表明通过优化显著提高了容器的抗失稳能力。本文提出所提出的建模和计算方法为纤维缠绕压力容器的分析提供了一种有效的分析途径,计算结果为实际生产提供一定理论参考依据。