大深度载人潜水器有利于人类对深海资源的开采,载人舱是其关键部位,其结构的强度和稳定性对于保障潜水器的安全性和可靠性至关重要。由于海底环境恶劣复杂,载人舱耐压球壳在服役期间承受高压循环交变载荷,容易在应力集中部位（如焊缝区域）产生塑性应变及疲劳裂纹,经过长期循环累积损伤引起耐压结构的疲劳破坏。疲劳断裂失效形式是服役潜水器的主要破坏模式,对疲劳裂纹扩展速率准确预报,有利于对其疲劳寿命做出有效评估。本文以大深度潜水器载人舱耐压球壳作为研究对象,以其应力分布特性和疲劳特性作为切入点,简要概述国内外载人舱耐压球壳的研究现状,并总结出该领域内目前尚未解决的技术难题,研究内容和主要成果包括以下几个方面:（1）对耐压球壳备选材料的材料性能和结构形式进行了对比分析,并对其服役环境和载荷谱历程特征以及简化方法进行了阐述,确定了本文着重分析的载人舱耐压球壳模型—钛合金制球形耐压壳的材质、基本材料性能以及结构形式特点。（2）根据中国船级社2018版《潜水系统及潜水器入级规范》要求,设计一款用于万米级深海载人舱耐压模型球（含一开口结构）,并对该模型球进行应力分布特征有限元计算。计算结果表明在开口结构围壁加强区存在应力集中现象。（3）针对载人舱耐压球壳试验成本高昂的现象,考虑设计等效变形试件代替整球用于试验。基于保证模拟试件所承受的应力应变大小和分布应尽可能和实际球壳围壁加强区相同或近似的设计准则,设计等效变形试件为对焊接头,经过参数优化以及对加工难度的考虑,确定对焊夹角为175°,厚度为24mm。（4）为获得焊接接头的残余应力分布,奠定后续疲劳特性研究的基础,开展焊接试验和数值模拟分析方法研究。采用TIG焊接方法、X型坡口、多层多道焊进行焊接试验,采用盲孔法进行残余应力测量。基于SYSWELD焊接有限元分析软件,对焊接接头模型进行焊接过程有限元分析,并通过对比有限元结果和试验数据验证了数值分析方法的有效性。（5）梳理了在深海高压环境中适合载人舱耐压球壳压缩蠕变本构模型、疲劳裂纹扩展速率模型以及蠕变疲劳裂纹扩展速率模型。选择最新且最完整的模型进行计算,并对比疲劳裂纹扩展速率和蠕变疲劳裂纹扩展速率曲线以及寿命曲线,与文献中研究结论一致:保载疲劳寿命比疲劳寿命相比缩减16倍左右。（6）基于等效变形试件残余应力分布明朗的情况,对其进行R=0.1的疲劳试验,在试验过程中,每2000个载荷循环记录一次裂纹长度,中断之前,共计进行了113,402次循环;使用立体显微镜和金相显微镜观察裂纹扩展走势和上下断口,发现多条裂纹相互作用导致试样最终断裂,且断口截面形貌符合低周疲劳断口宏观形貌。（7）基于ABAQUS有限元分析软件和FRANC3D裂纹扩展分析软件,对焊接区域上下边缘出现的多条裂纹进行裂纹扩展模拟,计算得出其疲劳裂纹扩展速率曲线和结构寿命曲线,并结合试验数据对比验证数值模拟方法的有效性,考虑等效变形试件有望代替整球进行试验和数值方法研究,为大深度潜水器载人舱耐压球壳疲劳寿命评估方法提供参考。综上,本文借助有限元分析手段,考虑了载人舱耐压球壳材料、结构形式、疲劳载荷谱特征和使用环境等多种影响因素的相互作用,对钛合金载人舱球形耐压壳的焊接残余应力、初始缺陷、疲劳特性等方面进行了较为深入的分析,为建立比较完备的关于钛合金制大深度载人舱耐压球壳性能的研究体系提供参考价值。