潜水器是海洋探索中最重要的装备,耐压壳作为潜水器的承压件,为下潜人员和仪器设备提供了安全的环境。圆柱形耐压壳因为容易加工、空间利用率高和流体运动阻力小等优点,普遍用在工作深度小于800米的潜水器或者潜艇中,耐压壳的开孔在实际应用中是必不可少的,而开孔会破坏耐压壳的力学性能,所以研究耐压壳的开孔加强意义重大。本文的研究内容与结论如下:(1)基于CCS《规范》设计开孔加强的圆柱形耐压壳。确定潜水器的工作深度与圆柱形耐压壳的内径。通过比较常用的开孔加强设计方法,选择运用更广泛、可靠性更高的等面积法对壳体进行开孔围壁加强。根据CCS《规范》计算出壳体的其他尺寸以及围壁加强的各项参数,并对各参数进行校核。(2)基于强度和稳定性对比分析完整圆柱壳与开孔加强圆柱壳。通过理论计算求出完整圆柱壳各关键部位的强度、肋间壳板和整体的失稳临界载荷。建立完整圆柱壳和围壁开孔加强圆柱壳的数值模型,分别对其进行强度、线性屈曲和非线性屈曲分析。将完整圆柱壳的理论计算结果、数值分析结果和围壁加强圆柱壳的数值分析结果进行综合分析,结果显示,围壁加强的开孔圆柱壳保留了完整圆柱壳的力学性能。(3)基于比例模型试验验证等效几何缺陷引入的合理性。首先,研究开孔加强参数对开孔圆柱壳稳定性的影响规律,得出:围壁厚度的影响最大、围壁在壳内的高度次之、围壁在壳外的高度影响最小。接着,选出最优组合并制作比例模型,对模型进行数值建模有限元分析、真实缺陷数值分析和静水压力试验。最后,将各分析结果进行对比,结果表明,在获得了制造模型的材料参数、真实轮廓和厚度参数后,可以通过数值分析得到耐压壳的失稳压力,同时说明引入等效几何缺陷的方法是有效可行的。(4)比较不同加强形式下开孔圆柱壳的力学性能。通过等面积法设计围壁和嵌入厚板组合加强的开孔圆柱壳,并对组合加强的圆柱壳进行数值分析,将分析结果与围壁加强形式下的数值分析结果对比,结果显示组合加强的圆柱壳极限强度更大。制作组合加强圆柱壳的比例模型,并进行真实缺陷数值分析和静水压力试验。将两种加强形式的试验结果进行对比,结果表明,组合加强的圆柱壳力学性能更优。