根据国务院最新发布的《中国制造2025》文件,政府将大力推动发展海洋工程装备。而作为大洋勘查和深海研究的重要装备,潜水器起着举足轻重的作用。作为潜水器的重要组成部分,耐压壳是保证潜水器下潜过程中内部设备不被破坏和人员生命安全的最核心部件,其重量占到潜水器总重量的1/4-1/2。在现役深海潜水器中,球形耐压壳是主流结构,典型的“蛟龙号”虽然是我国自主研发的,但耐压壳作为核心部件仍然是从俄罗斯进口的,“蛟龙号”的耐压壳也是球形结构,所以研究其力学特性具有重要意义。本文基于申请的2016年江苏省研究生创新计划项目《深海球形耐压壳设备研究与开发》,对球形耐压壳开展了力学特性的理论、数值及试验研究,包括强度和稳定性两大方面。具体研究内容如下:(1)研究了深海球形耐压壳计算方法。分别建立了球形耐压壳薄壳和厚壳的力学模型、浮力系数求解公式以及壳单元、体单元数值模型。分析1~6km球形耐压壳强度、稳定性、储备浮力特性,并研究网格划分形式、单元类型、密度对数值计算结果的影响。研究结果表明,采用厚壳理论、体单元数值分析进行深海球形耐压壳设计与评估更为合理。(2)系统研究了初始几何缺陷,其中包括弹性屈曲模态缺陷、局部缺陷,对不同深度下载人潜水器的极限承载力变化规律。通过对不同深度潜水器的有限元分析,得出了不同深度耐压壳体受初始缺陷影响的极限承载力下降规律,可以确认大深度载人潜水器的最差屈曲模态缺陷近似等效相同缺陷幅值下的局部缺陷。(3)研究发现球形耐压壳的1阶模态缺陷并非最差缺陷,1阶模态缺陷与最差缺陷的极限承载力载荷存在较大偏差,1阶模态缺陷并不能代表球形耐压壳的最差缺陷。但是随着球形耐压壳的厚度增加,1阶模态缺陷与最差缺陷的屈曲载荷偏差逐渐减小。此时1阶模态缺陷能够近似等效球形耐压壳的最差缺陷。(4)基于本人参与研发的水压模拟装备和最新2013中国船级社规范,提出了两种球形耐压壳基于水压试验的验证方法,通过这两种方法可以得出数值模型方案在实际试验条件下的试验值,在有限元和理论的基础上,进行试验验证,进一步佐证结论的正确性,为后续的研究提供试验支撑。