载人潜水器作为海上资源勘探、事故处理、海上军事手段等重要工具,潜水器能在深海内安全的航行,是进行正常作业的前提。环肋耐压圆柱壳和锥-柱结合圆柱壳结构作为常见的潜艇主要结构,其结构的强度和稳定性也应受到人们的重视。在不增加结构重量,改变耐压壳结构某些部位板厚、肋骨的结构型式来增加结构强度和稳定性,从而提高结构材料利用率,是我们必须予以考虑的。圆柱壳体的主要破坏形式是屈曲失稳,而失稳的发生一般具有突然性,因此,圆柱壳的屈曲问题一直备受关注。潜艇在安全深度作业时,采用可靠性的方法来确定耐压壳体结构设计方法的可靠度,以确保设计尺寸能使耐压壳体具有较高的安全性。因此,研究耐压圆柱壳的稳定性及可靠性具有重要的意义。本文以主舰艇耐压圆柱壳结构为研究对象,采用理论分析与非线性有限元相结合的方法,对潜艇结构的稳定性进行研究。在此基础上,探讨结构在稳定性失效模式下的结构可靠性。具体的研究内容如下:(1)通过能量法获得耐压圆柱壳结构发生总体失稳和壳板局部失稳的临界压力理论结果,采用非线性有限元法对文献实验模型进行数值模拟,将理论计算、数值模拟和实验结果进行对比。结果表明,数值分析方法与理论计算值和实验结果的吻合度较好,计算方法可靠、适用。(2)在合理的选择网格尺寸和边界条件的基础上,采用非线性有限元法分析圆柱壳结构的稳定性。研究圆柱壳结构壳板厚度、肋骨腹板厚度、肋骨腹板高度等单一变量变化对圆柱耐压壳结构稳定性的影响。分析结果表明,改变结构的尺寸会影响结构的失稳方式;相比于壳板厚度、肋骨腹板厚度,肋骨腹板高度的变化对圆柱壳稳定性的影响较为明显。(3)相同质量条件下,分析常见的几种肋骨型式对圆柱壳结构稳定性的影响。相比于扁钢,选取加肋型式为不等边角钢和T型材时,圆柱壳结构稳定性更好。在此基础上,分析不同初始挠度幅值对发生不同失效模式的圆柱壳结构稳定性的影响。结果表明,初始挠度幅值会影响圆柱壳结构失稳时临界压力的大小,但不改变结构的失效屈曲模态;圆柱壳结构总体失稳比局部失稳对初始挠度的敏感度更高。(4)对锥-柱结合圆柱壳结构的稳定性进行研究。分析初始挠度幅值和不同区域初始变形对结构稳定性的影响。随着初始挠度幅值的增加,结构的失稳模态保持为局部壳板失稳;相较于单独添加各部位初始变形的结构,锥-柱结合圆柱壳整体施加初始变形时,结构稳定性最差,且锥壳和大径柱壳部位最先出现失稳破坏。在此基础上,分析壳板厚度、锥壳半锥角及大小径柱壳的半径比对锥-柱结合圆柱壳结构稳定性的影响。结果表明,适当增加锥壳和大柱壳板厚、合适的半锥角能提高锥-柱结合圆柱壳结构的稳定性;大小径柱壳半径越接近,结构达到失稳破坏时所能承受的极限承载力越大,即结构稳定性越高。(5)基于理论公式和有限元软件,采用FORM法和Monte-Carlo法对圆柱耐压壳结构进行稳定性失效的可靠性分析,讨论大深度下的圆柱壳的失效概率。分析基于理论公式下模型的几何修正系数和物理修正系数的变异系数变化对结构失效概率的影响。并对锥-柱结合壳结构可靠性分析,根据目标可靠度,计算结构的安全工作深度。结果表明,选取圆柱壳结构基于理论公式计算出的可靠性相比基于有限元软件计算出的可靠性更保守一些。