随着陆地资源的衰减匮乏,近年来海洋成为了人类探索和开发的战略要地,金属材料是人类目前制造海下探测器、潜航器和海下构筑物的主要原料。但是金属材料造价昂贵和维护成本过高是各国需要面临的棘手问题。为了改善和缓解以上问题,有必要探索一种新的高性能材料取代金属材料,使其能够胜任复杂海洋环境中的部分工作,力学性能和耐久性能优异且造价低廉。本文通过对聚丙烯纤维增强水泥基复合材料的力学性能和耐久性能进行研究,分析对比并筛选出性能最优的材料配合比,开展水下胶囊空腔结构受力性能的有限元模拟分析。本文以水灰比和纤维掺量作为变量因素,在试验研究中设计了三组水灰比(0.26、0.30、0.34),4个纤维掺量(0%、0.5%、1.0%、1.5%),并加入了掺量保持一致的矿物掺合料(分别用10%的粉煤灰和8%的硅灰代替水泥)。在标准养护条件下,试验研究了聚丙烯水泥基复合材料在3d、7d、28d、56d四个龄期时的力学性能和28d、56d两个龄期时的抗渗性能。结果显示:水灰比是水泥基复合材料强度和抗渗性能的决定因素,水灰比低的试验组有着更为优异的力学性能和耐久性能。纤维掺量为0.5%的试验组,水泥基复合材料的抗压抗折强度较基准组有明显的提高,而纤维掺量为1.0%和1.5%的试验组材料的抗压抗折强度较基准组都出现了下降。随着纤维掺量的增加,聚丙烯纤维增强水泥基复合材料的抗渗性能出现了下降,纤维的掺量越高,下降的幅度越大。本文基于试验结果,选取了水灰比为0.26、纤维掺量为0.5%的试验组进行了详细参数的选取测定,采用ABAQUS非线性有限元数值模拟软件,建立了胶囊空腔薄壁结构的数值计算模型。基于不同水深下数值模拟结果分析了该胶囊空腔薄壁结构随静水压力变化的规律,获得了其安全下潜深度,并与文献中的理论解析对比误差较小,验证了本文数值模拟结构的正确性。同时基于不同壁厚尺度下数值模拟结果,研究了该胶囊空腔薄壁结构的壁厚与静水压力变化的规律,获得了其安全下潜深度,并拟合了该结构的厚径比与安全下潜深度的关系曲线。结果表明,本文所研究的胶囊空腔薄壁结构的安全下潜深度为1900m左右,当壁厚发生变化时,结构的厚径比与安全下潜深度呈线性关系。