《中国制造2025》要求加快推动海洋工程装备和高技术船舶技术的研究,这说明发展海洋经济对于我国经济增长起到非常重要的作用。而潜水器是人类探索海洋的重要工具,耐压壳又是潜水器最关键的组成部分。除了球形耐压壳之外,其它形式的壳体密封端往往需要连接封头。椭球型封头由于经线曲率半径平滑连续,应力分布均匀,边缘应力较小,被广泛使用。对于内压作用下的椭球封头,国内外已有较为完善的理论研究成果。然而,关于外压力作用下顶部失稳的研究成果较少。本文提出了多种变壁厚椭球封头以及加肋椭球封头,其具有更好的屈曲特性和材料利用率。基于理论计算、数值分析和比例模型试验探究了变厚椭球封头屈曲特性,基于正交试验和数值分析探究了加肋椭球封头的屈曲特性影响规律。本文主要研究内容与结论如下:(1)以Mushtari’s公式为基础,结合第四强度理论,完成变厚椭球封头设计。当椭球封头失效的主要影响因素为屈曲时,根据等屈曲理论公式推导厚度表达式,得出当ρ=2时,在等屈曲变厚椭球封头赤道处厚度的最小值约为封头顶点处厚度的35%;当椭球封头失效的主要影响因素为强度时,根据等强度理论公式推导厚度表达式,得出当(?)时,在等强度变厚椭球封头赤道处厚度的最小值约为封头顶点处厚度的68%。(2)研究变厚椭球封头的屈曲特性。结果表明:等强度变厚椭球封头的线性失稳模态和屈曲模式和等厚椭球封头的极为相似,失稳易发生在顶部或顶部附近,而形状优化变厚椭球封头失稳则更容易发生在侧面;失稳并没有发生在壁厚最薄处(靠近赤道附近),说明椭球封头赤道附近的厚度变化对屈曲影响较小。(3)对比分析等强度和形状优化变厚椭球封头与等厚椭球封头的屈曲特性。研究表明:在体积相等并且模态缺陷值为0.3mm时,等强度椭球封头的非线性屈曲临界载荷值是等厚椭球封头的1.16倍,形状优化椭球封头的非线性屈曲临界载荷值是等厚椭球封头的1.1倍。采用Q345材料机加工制作的比例模型,由于加工误差不可避免,精度难以保证,但其试验结果与数值分析的结果依然具有较高的相似度,其中等强度变厚椭球封头的破坏形式是在顶部出现酒窝型凹坑。(4)通过正交试验设计研究肋骨几何参数对椭球封头的影响规律。结果表明:径向加肋角度、肋骨高度对椭球封头临界载荷值的影响较大,周向加肋布置对椭球封头临界载荷值的影响较小。变厚椭球封头在理想情况下提高椭球封头屈曲载荷值的能力要优于加肋椭球封头,但是其对初始缺陷太过敏感,当缺陷过大时,屈曲载荷值甚至比加肋椭球封头的还要低。