伴随深海探测技术的发展,我国提出了走向深蓝的战略布局。深海潜水器及相关装备是进行深海科学研究、环境检测和探索开发的必要装备。随着深海潜水器技术的不断发展,深海环境模拟技术与装置在深海潜水器的试验验证、改进升级等工作中的重要性越来越凸显。2012年,我国自主研制的“蛟龙”号载人潜水器成功完成水下7000m海试,工作压强为70MPa,使我国成为继美国、法国、俄罗斯、日本之后世界上第五个掌握大深度载人深潜技术的国家。海洋最深处马里亚纳海沟深约11000m、压强高于110MPa,是对载人潜水器的极限挑战,但是目前国内已建成的深海高压模拟装置的容积不能满足全海深载人潜水器的试验需求,因此,为了满足国家对全海深环境探测的重大战略需求,实现开发深海、利用海洋,并完成深海复杂环境的高效勘探、科学考察,本文以大容积全海深模拟装置为研究对象,对其进行了结构设计、力学分析、安全性校核以及工作过程中的仿真模拟和试验验证,该深海高压模拟装置能够为载人球舱全海深开发与试验提供支持,也为大型全海深超高压模拟试验装置的进一步开发提供了理论及实践基础。论文主要进行了以下几方面研究:（1）基于全海深载人潜水器水下模拟实验需求参数,进行了我国首台大容积全海深模拟装置的总体方案设计,确定了模拟装置的基本结构形式及各部件的工作载荷,基于预应力结构的缠绕理论,进行了筒体和机架部件结构尺寸、预紧力和缠绕层的设计,为大容积全海深模拟装置及类似装置的设计计算提供了理论参考。（2）对大容积全海深模拟装置在钢丝缠绕工况下,进行了强度、刚度、稳定性的理论校核,提出了压力筒筒体应力分布的显式解析表达式。基于勃莱斯公式和筒体径向收缩方程计算了筒体的力学参数,并对筒体的刚度及稳定性进行了校核。对机架立柱的力学参数进行了计算,完成了对机架立柱强度、刚度及稳定性的校核。根据模拟装置的结构特征、理论安全性校核和操作可行性,确定了安全观测点在部件表面的位置。（3）进行了大容积全海深模拟装置无级变张力缠绕设计,结合钢丝缠绕过程,对压力筒和机架的受力情况进行了分析,得出了缠绕过程力的平衡及变形协调方程,在此基础上,计算了压力筒和机架钢丝缠绕的初始张力,并生成钢丝拉力数据用以指导生产。针对钢丝缠绕过程张力控制不精确的情况,提出了一种新型缠绕工艺,并建立了钢丝缠绕系统动力学模型及状态方程,提出采用鲸鱼算法整定PID参数（WOA-PID）的控制策略进行张力控制器设计,以提高钢丝缠绕张力控制精度。（4）建立了大容积全海深模拟装置的静力学及动力学有限元模型,进行了模拟装置在不同工况下的静力学、模态及瞬态动力学分析。通过静力学得到了预紧状态及工作状态下模拟装置的应力分布,分析了应力分布特点,得到了各观测点应变值,为后期现场应变测试实验提供了理论参考。通过瞬态动力学分析得到了不同压溃情况、不同球舱含水率下,球舱压溃对模拟装置的影响,得出了安全含水率范围及极限工况下主要部件的最大应力值,对载人球舱模拟加压试验过程中的装置安全性提供预测。（5）分析了大容积全海深模拟装置应变测试实验的技术难点,提出了相应解决方法,设计了测试实验的技术方案,搭建了相应的实验系统并完成了实验。实验数据结果表明,大容积全海深模拟装置的强度是满足要求的。对比分析实测数据与有限元数据,得出有限元数据与实测数据基本一致的结论,论证了本文对大容积全海深模拟装置有限元建模方法的准确性。