壳体材料 钛合金 钛合金 马氏体镍钢 钛合金 钛合金 钛合金

观察窗 3 3 3 3 5 3

从上表可以看出，潜深大于4500米的载人潜水器除了耐压壳结构均采用球形耐压壳外，所采用球形耐压壳的内径也比较相似，美国的Alvin号和日本的深海6500采用2.0米内径，其余均是2.1米内径。从载人球壳内仪器布置，乘员数，舒适度等角度考虑，2.1米内径的钛合金耐压球壳设计已成一种趋势[8]。潜深4500米及以上的载人潜水器耐压壳材料主要有钛合金和高强度钢两种，潜深较浅的除了钛合金和高强度钢外，还有铝合金和复合材料[9]。

在理论研究方面，廖煜雷[9]等通过对耐压壳体的理论分析，得出球形耐压壳的应力、稳定性计算以及它们的检验公式可以用设计量的函数式或者函数不等式进行量化。刘峰[10]等在VB语言的基础上，对CATIA软件进行了第二次开发，将耐压球壳模型进行参数化，使得ABAQUS自动分网问题和耐压球壳的边界问题得到较好的解决。韩瑞峰[11]等利用有限元分析软件对单开孔加强耐压球壳进行了非线性屈曲分析，并获得了单开孔加强结构的最优形式，并将此应用于多开孔耐压球壳，取得了良好结果。

李向阳[12]等通过分析美国Alvin（阿尔文）号载人潜水器的下潜数据，指出大深度载人潜水器耐压球壳疲劳载荷谱可以使用Gumbel分布来描述，依据分析结果，给出了我国7000米级载人潜水器耐压球壳的疲劳载荷谱。薛鸿祥[13]等采用裂纹扩展模型计及裂纹闭合以及裂纹前缘的三维约束效应对我国研制中的4500米级载人潜水器钛合金耐压球壳进行疲劳寿命研究，基于响应面法对疲劳可靠性展开分析，得到了失效概率和各随机变量的参数敏感性结果，对载人球壳抗疲劳设计和结构安全评估具有一定的参考意义。

陈承皓[14]等针对钛合金材料短裂纹扩展寿命较长的特点，使用疲劳全寿命计算模型在Brown-Hobson模型的基础上，提出了关于载人潜水器钛合金耐压球壳疲劳寿命估算的方案。李向阳[15]等基于一种改良的裂纹扩展速率表达式,第一个做出了大深度载人潜水器钛合金耐压球壳的疲劳可靠性模型,并对模型中的各随机变量特征进行统计，基于重要样本法，对载人球壳的疲劳可靠性指标展开计算分析，验证了载人球壳的疲劳强度是能够满足设计要求的。潘涛[16]分别基于ε-N曲线和断裂力学（Fracturemechanics）两种方法对耐压壳体热点区域的疲劳强度进行计算，结果显示，ε-N曲线简单高效，计算工作量不大，应用于各种结构形式和缺陷均可直接得出结果，但限制因素较多，断裂力学方法（Fracturemechanics）通过求解应力强度因子（SIF）并计入结构的具体特征，对各类影响因素把控较好，但工作量较大。

3、结构疲劳可靠性研究现状

零件或构件在低于其极限静态强度的载荷水平下重复加载，在零件或者构件的局部位置就会产生疲劳裂纹并扩展、直至最后突然断裂，这种现象称为疲劳。疲劳裂纹的产生与扩展具有很强的隐蔽性，而疲劳断裂的发生又具有瞬时性，因此由疲劳造成的破坏带来的经济损失往往是巨大的。

结构疲劳可靠性研究，综合运用概率论（ProbabilityTheory）、数理统计学（MathematicalStatistics）、疲劳学（Fatigue）、断裂力学（fracturemechanics）、材料力学（mechanicsofmaterials）等理论，从经济型和维修性要求出发，在给定的工作条件下、完成指定的功能、在预期的使用寿命期间，使结构由疲劳强度不足而导致失效的可能性即破坏率减至最小[17]。