海洋深处埋藏着丰富的各类资源，人类对海洋的探索和利用已经有上千年的历史。但是因为生产水平和技术条件的限制，以往人类对海洋的开发大多数是使用简陋的工具在海岸线附近和近海海域进行。上世纪六十年代以来，随着人类对各种资源需求量的不断增加，人们开始大规模地向海洋索取资源。而众多的海洋资源都分布在一千五百米以下的大洋深处，例如如锰结核矿和热液矿，海洋底部锰结核储藏量将近三万亿吨，在陆地资源日益减少的背景下，这对人类具有重大意义，但其开采仍处于实验性阶段。于此同时，大洋深处丰富的生物资源对于人类的科学研究活动也具有重要意义。基于以上种种原因大深度潜水器特别是大深度载人潜水器成为当今海洋工程装备领域的热点研究内容之一。

载人潜水器是能将科学家、工程师和各类电子设备、特殊作业器材快速安全准确地送到海洋深处，展开海洋探索、科学考察和进行海底施工作业的重要装备，是和平开发利用海洋资源的重要技术途径，也是海洋开发技术的制高点之一，能充分展现一个国家的综合技术实力。图1-1为中国“蛟龙号”载人深潜器截面图。图1-1中国“蛟龙号”载人深潜器截面图按技术要素进行分类，大深度潜水器关键技术主要有：耐压壳级结构、浮力材

料、动力系统、作业及控制、运动及控制、导航定位、通信、布放及回收八大关键技术[1]。其中耐压壳是保障载人潜水器正常工作和潜水员生命安全的重要结构。可用来制造载人潜水器耐压壳体的材料有钛合金、铝合金、高强度钢、复合材料等[2]。目前世界在役的大深度载人潜水器耐压壳体制造材料主要有高强度钢和钛合金。以钛合金为例，钛合金因为拥有密度小、比强度大、耐腐蚀性能佳、耐高温、无磁、可加工性好等众多优良性能而在各个工程领域中被大量使用，随着钛合金品种的不断增加以及加工方法的不断改良，钛合金也成为制造耐压壳体的理想材料。

载人潜水器在每次执行下潜任务时都要承受大幅度交变载荷的作用，所以载人潜水器耐压壳体在服役期间要承受周期性的循环应力，由此导致的疲劳损伤就成为影响其结构安全的一个重要方面。据有关统计资料，钛合金结构的失效事故中约有70%是因为疲劳断裂造成的[3]。再加上大洋底部环境条件复杂，其安全性就更加值得研究，所以，对耐压壳体展开疲劳可靠性研究是非常有必要的。

1.2国内外研究现状

1.2.1大深度载人潜水器研究现状

1.2.2耐压壳体研究现状

1.2.3结构疲劳可靠性研究现状

1.3本文研究内容与研究方法

本文以4500米级大深度载人潜水器的耐压壳体为研究对象，基于结构可靠性理论和有限元分析方法对载人潜水器的耐压球壳进行疲劳分析，基于应力-干涉模型对耐压壳体的疲劳可靠性进行计算，进而为载人潜水器耐压壳体的结构设计和疲劳寿命估算提供一些参考。

第一章绪论介绍了目前国内外著名的大深度载人潜水器，针对大深度潜水器的关键部件耐压壳的疲劳可靠性，对目前国内外耐压壳和结构疲劳可靠性的研究现状进行调查分析。

第二章疲劳分析的基本理论和方法阐述了疲劳分析的基本理论包括疲劳特征、循环应力、疲劳寿命；介绍了目前疲劳分析中常用的疲劳寿命分析方法，有名义应力法和局部应力应变、应力场强法、断裂力学法、有限元分析方法，对它们的特点和实际应用进行分析，并根据本文研究对象确定本文使用有限元分析方法进行研究。

第三章耐压壳体强度计算与校验分析了载人潜水器耐压壳体结构在工作时所承受的载荷的特点，给出其疲劳载荷谱，确定耐压壳体结构的参数和结构形式，基于理论方法和有限元分析软件分别对耐压壳进行强度计算与校验，证明耐压壳体结构满足强度规范要求。