耐压舱作为水下机器人的主要承压部件,不仅为水下机器人核心元件提供了必要的安装空间,而且为水下机器人在水下高压条件下稳定作业提供了保障,其质量更是制约着水下机器人的成本及续航时间,故设计一种强度高、密封性好、质量小的水下机器人耐压舱具有重要意义,其具体研究内容如下:根据所设计水下机器人的实际工况及轻量化原则设计了一种由球形壳体及圆板形封头所构成的耐压舱结构,并对其进行了强度及稳定性分析,通过建立临界压力方程计算出了耐压舱的稳定条件、临界压力值及临界应力值。同时对耐压舱进行了动力学分析,通过里兹法及Reissner-Naghdi薄壳理论得出了其振动频率方程及动力学方程。利用ANSYS Workbench对耐压舱壳体及封头进行了强度仿真分析,由结果云图可知两者所受最大等效应力均在材料许用应力值范围内,且最大形变量也符合设计要求,耐压舱强度及稳定性良好。同时对耐压舱壳体进行了模态分析得出了其六阶模态的固有频率,并与其共振频率进行了比较,结果表明壳体固有频率远离其共振频率无共振危险。然后简化了耐压舱密封模型,并利用ANSYS Workbench对其进行了密封仿真分析,结果显示O型密封圈堵住了密封间隙且没有挤出,验证了其密封的可靠性。除此之外还对不同压缩率下的O型密封圈在不同环境水压下进行了仿真分析,结果表明不同压缩率O型密封圈的形变量及所受等效应力随环境水压的增大而增大,且逐渐趋于重合,说明了密封圈压缩率对耐压舱的密封效果影响较小。利用ANSYS Workbench优化模块,通过最优拉丁超立方试验设计配合Non-Parametric Regression近似模型及NSGA-II算法对耐压舱壳体及封头进行了多目标优化,目标函数为两者最大形变量、所受最大等效应力及质量。经过优化后对比分析可得,两者最大形变量及所受最大等效应力均小于上限值,且两者的质量分别减小了17.06%及24.50%,说明耐压舱经优化后有效地实现了轻量化。为了验证耐压舱的密封性,利用自卸型立式打压筒及直杆升压泵等实验器材搭建了耐压舱打压实验平台并按国家标准完成了打压实验,实验结果表明在各阶段压力表数值并无明显变化,说明耐压舱的密封性是可靠的;同时完成了水下机器人整机组装并进行了湖测实验,实验结果显示整机运转正常且舱体内部测水纸并无变色,说明耐压舱并无泄漏,并且重量也满足预期能耗要求。