耐压壳是深海潜水器的核心部件和浮力单元,其深水环境中的安全性对于开展海底作业的科研人员来说至关重要。环形耐压壳为自封闭、无封头的结构,相比于球形和圆柱形耐压壳,有利于人们活动,更加具有优势。由钛合金制成的环形耐压壳在深海工作时,在焊接处承受海水交变载荷和焊接残余应力的共同作用,在多次下潜后,应力集中处易萌生裂纹,对潜水器造成安全隐患。因此本文开展基于扩展有限元的圆环壳疲劳裂纹扩展研究。研究的主要内容与结论如下:（1）通过开展钛合金Ti-6Al-4V的疲劳裂纹扩展试验和断裂韧度试验,获得该材料在循环拉伸载荷下的疲劳裂纹扩展结果,拟合出钛合金Ti-6Al-4V材料疲劳性能参数,为后文中的三维疲劳裂纹扩展提供数据支撑。采用ABAQUS对钛合金CT试样进行疲劳裂纹扩展分析,研究载荷、应力比及试样厚度对钛合金试件裂纹扩展速率的影响,通过试验结果验证有限元分析的准确性。研究结果表明,载荷越大,裂纹扩展速率越大;应力比越大,裂纹扩展速率越大;在循环次数小于4000次时,试件厚度对裂纹扩展速率影响不大,大于4000次后厚度越大,裂纹扩展速率越小。（2）采用通用有限元软件ABAQUS和专业三维断裂分析软件FRANC3D建立含表面裂纹圆环壳结构的有限元模型,基于有限元法进行断裂力学计算获得三维裂纹的应力强度因子和疲劳寿命。研究载荷、应力比、裂纹形貌因子和不同角度的初始裂纹对圆环壳表面裂纹扩展特性的影响。结果表明,载荷越大,相同裂纹扩展量下应力强度因子越大,疲劳寿命越短;应力比对应力强度因子的影响很小,但应力比越大,相同裂纹扩展量的疲劳寿命越长;相同形貌因子下,载荷越大,应力强度因子也越大。同一厚度下,形貌因子越大,应力强度因子越大,相同形貌因子下,厚度越大,应力强度因子也越小;初始裂纹角对应力强度因子的影响不明显,但角度越大,相同裂纹扩展量下的疲劳寿命越长,60°时发生明显变化。（3）加工制作圆环壳试验模型,完成测厚、三维模型扫描、静水压力试验和疲劳裂纹扩展试验,记录压力试验中压力曲线变化趋势,确定试验模型失效压力值,得到载荷循环下疲劳裂纹的扩展情况以及疲劳寿命。再基于ABAQUS模拟裂纹扩展过程以及预测疲劳寿命,对比试验数值与仿真数值的误差,均在10%左右,验证有限元分析的可靠性。