根据《中国制造2025》,国家将大力推动海洋工程装备的加快发展,而深海潜水器是大洋勘查和深海科学研究的重要海洋工程装备。耐压壳作为潜水器重要组成部分,处于举足轻重的地位。耐压壳上的开孔是必不可少的,这些开孔用作人员出入、观察以及零件安装之用。对于完整的球形耐压壳来说,开孔势必会影响其力学性能,因此研究开孔加强后耐压球壳的力学性能就显得格外有意义。本文的研究内容与结论如下:(1)基于水下7000m的工作条件,完成球形耐压壳的开孔加强设计,考察了网格划分形式、单元类型和单元密度对开孔球形耐压壳力学特性的影响规律,结果表明,体网格与壳网格对于中厚壳结构而言,对数值分析结果影响不大。比较了围壁加强的开孔球壳和完整球壳力学特性的差异,围壁加强的开孔球壳与完整球形耐压壳的强度相差2.5%,说明围壁补强对球壳开孔所引起的强度减弱起到了弥补作用。非线性屈曲临界载荷相差0.28%,说明二者的稳定性很接近,围壁加强的开孔球形耐压壳较好地保留了完整球壳原有的力学特性。(2)研究加强围壁参数对开孔球形耐压壳临界载荷的影响规律,并对优化得到的参数进行了正交实验以得出最优组合。结果表明,围壁厚度、围壁下高度对开孔球形耐压壳临界载荷影响较大,在达到峰值之前,几乎呈现线性增大趋势。围壁上高度对开孔球形耐压壳临界载荷影响不大。为了证实优化结果的合理性以及等效几何缺陷引入的可参考性,制作比例模型并进行试验验证。(3)为了获得不同加强结构对开孔球形耐压壳力学性能的影响规律,对球形耐压壳分别采用了围壁加强和围壁、嵌入厚板两种结构的加强方式。采用数值分析的方法,比较两种加强方式的差异性。为验证数值分析结果的合理性,采用较为成熟的3D打印技术,制作两种加强结构的开孔球形耐压壳的比例树脂模型,从理论分析、数值分析和试验验证三个方面验证两种加强方式的差异。结果表明,组合加强结构使得开孔球壳具有更高的强度及更好的稳定性,其中强度提高了1.67%,稳定性提高了10.1%,且围壁加强的开孔球壳试验与数值临界屈曲载荷值相差4.5%,而采用组合加强结构的开孔球壳试验值与数值分析临界载荷值相差2.0%。