圆柱形壳体结构因其独特的几何形状特性,制造或建造难度较低,同时也能起到相当程度的承载作用,所以在工程实践中广泛应用。柱形耐压壳在各种工程应用中承受各种内外载荷,其抗压性能易受到材料、几何、初始缺陷、结构形状等因素的影响,造成壳体结构失效。因此本文提出一种纵向波纹柱形耐压壳,对圆柱壳增设纵向波纹加强结构,以此提高柱壳承载能力。本文通过数值分析与试验研究相结合的方式开展纵向波纹柱形耐压壳在均布外压下的屈曲特性研究,主要内容如下:首先,对纵向波纹柱壳进行初步设计,并对壳体几何参数和波纹结构进行优选。采用傅里叶级数建立纵向波纹柱壳数学模型,据此对纵向波纹柱壳结构进行初步几何设计。通过数值计算,先后探讨不同径厚比以及纵向波纹连接形式对壳体屈曲特性的影响规律。结果表明纵向波纹柱壳屈曲载荷相对于圆柱壳的增幅随壳体径厚比增大而增大,且波纹连接处无过渡连接的结构时,壳体屈曲载荷最大。其次,开展纵向波纹柱壳的波纹参数影响规律分析。参考现有研究中对于纵向波纹形状参数的定义,通过波纹宽度w及波纹深度d对其进行衡量。根据所优选壁厚参数及波纹连接形式,设计一系列具有不同波纹形状参数的等体积纵向波纹柱壳,分别建立其几何及数值模型,通过数值分析对纵向波纹柱壳的波纹形状进行参数优选,得到了最优波纹形状,即半圆形波纹。在此基础上,对若干不同波纹数的等体积纵向波纹柱壳进行数值计算,深入分析波纹数对壳体屈曲特性影响规律,计算结果显示,当波纹数为12时,壳体承载性能最优。然后,开展纵向波纹柱壳与等效圆柱壳屈曲特性对比研究。在优选波纹形状及波纹数的基础上,分别采用等体积等厚度原则和等体积等质量原则,设计纵向波纹柱壳及等效圆柱壳,对比分析两种壳体线弹性和非线性屈曲特性,以及两种等效柱壳在考虑缺陷因素下的稳定性。结果表明在两种等效条件下,纵向波纹柱形耐压壳的屈曲载荷均明显优于等效圆柱壳,即使是在缺陷条件下,纵向波纹柱壳屈曲行为对缺陷表现更敏感,但其承载性能仍然明显比等效圆柱壳表现更为突出。最后,开展纵向波纹柱壳屈曲与等体积圆柱壳试验研究。分别采用3D打印技术和模压成型工艺制作纵向波纹柱壳和圆柱壳树脂及金属试验模型,对每个模型分别进行几何测量、误差分析以及静水压力试验,然后将数值计算结果与试验结果进行对比分析。试验结果表明纵向波纹柱壳的平均破坏载荷比等效圆柱壳高出约56.8%,这说明了纵向波纹柱壳极限承载能力明显优于等效圆柱壳,同时,理想模型和扫描模型的数值分析结果与试验结果基本一致,验证了数值分析方法的可靠性。