铝合金由于密度小、易成型、比强度高等特点被广泛地应用在水下航行器的众多产品中。其中,鱼雷、水雷、UUV（Unmanned underwater vehicle）等水下航行器大都采用铝合金单层环肋圆柱壳体作为主耐压壳体。随着工作深度的不断增加,单层环肋圆柱壳体的耐外压稳定性差、应力分布不均匀和应力集中等问题逐渐凸显。为解决此类问题,研究人员专门研发了一种新型的耐压结构——双层圆柱壳体。与单层环肋圆柱壳体相比,该结构耐外压稳定性好,应力分布均匀,符合轻量化设计和等强度设计理念,结构应力与材料强度匹配更佳,能有效提高材料的利用率。但在使用初期,由于对该结构的静力学性能、制造方法以及成型后质量评估等关键技术缺乏系统的研究,导致连接内、外壳体的环焊缝出现了开裂,造成批量事故。为解决某型号UUV双层圆柱壳体焊缝开裂的问题,本文围绕双层圆柱耐压结构设计和制造的关键技术进行了深入和系统的研究。为此本论文基于弹性力学经典理论推导了双层圆柱壳体典型部位的应力计算公式,提出了新的结构方案。重点对焊缝结构进行了重新设计,采用了TIG焊的方法对环焊缝进行焊接,探究了环焊缝疲劳破坏的机理,构建了超声相控阵缺陷定量检测系统,开展了低周疲劳下双层圆柱壳体成型质量评估方法研究,从而指导了某型号UUV双层耐压圆柱壳体的设计、制造、检验及验收的具体工程实践,取得了良好的质量效果和经济效益,提升了产品的设计和制造品质,丰富了UUV耐压结构设计制造的新思路、新方法,推动了双层圆柱壳体在水下航行器中的应用。论文的主要结论如下:1)建立了双层圆柱壳体在均匀静外水压典型工况下的力学模型并获得了典型部位的应力求解方法。基于潜艇耐压液舱典型部位应力计算方法,重新推导了纵向压力系数,使得该公式能用于双层圆柱壳体典型部位应力的计算,计算精度大幅提高。推导的理论应力计算公式典型部位应力计算值与有限元数值计算值相吻合,表明所建立的模型和方法合理有效。2)提出了新的结构设计方案并实施了试验验证。针对原方案双层圆柱壳体环焊缝开裂的问题,结合推导的理论应力计算公式对双层圆柱壳体结构进行重新设计,提出了新的结构设计方案。新方案降低了壳体典型部位应力峰值和提升了应力分布的均匀性,降低了对材料强度的要求,提高了焊接结构的合理性和焊接工艺性,并通过试验验证了新方案的优越性,同时试验验证了双层圆柱壳体典型部位理论应力计算公式的准确性。3)利用正交试验确定了7A05/5A06异种铝合金焊接工艺参数,采用TIG/MIG焊接方法对双层圆柱壳体异种铝合金环形焊接接头进行了焊接,研究了双层圆柱壳体异种铝合金焊接接头的显微组织、力学性能及疲劳行为。结果表明:TIG/MIG焊接接头系数分别为78.9%和76.3%（相对于5A06-O母材）,屈服强度为157.3MPa和151.6Mpa,伸长率为11.4%和9.2%,焊接接头平均粒径约为52μm和65μm。FZ区具有最小的显微硬度,拉伸断裂在FZ区,7A05一侧热影响区形成了明显的软化区;与MIG焊接接头相比,TIG焊接接头具有较高的强度、优越的延展性和韧性及较典型的韧窝断裂的断口形貌。引起焊接接头强度降低的主要原因为焊接热输入导致镁元素的蒸发,第二强化相的减少以及晶粒的粗大。4)试验研究了5A06-O、7A05-T6铝合金以及双层圆柱壳体5A06-O/7A05-T6异种铝合金环形焊接接头在干燥大气环境下的疲劳特性,揭示了焊接缺陷和载荷对焊接接头疲劳性能的影响机理。结果表明:焊接缺陷对5A06-O/7A05-T6焊接接头疲劳性能产生不利影响,并且缺陷与疲劳载荷的交互作用随应力水平的降低而加强,疲劳寿命缩短更显著;5A06和7A05母材的疲劳裂纹通常在表面二相粒子和夹杂等缺陷处萌生,而在焊接接头的焊接缺陷处更容易产生应力集中,提前萌生疲劳裂纹,使疲劳寿命进一步缩短。5)开展了低周疲劳下双层圆柱壳体成型质量评估方法研究。结合新方案中双层圆柱壳体焊缝结构构建了超声相控阵缺陷定量检测系统,形成了基于超声相控阵焊缝缺陷检测和基于断裂/疲劳失效评定方法的双层圆柱壳体环焊缝质量评估方法,并据此提出验收准则。通过双层壳体环焊缝区模拟试验和全尺寸双层圆柱壳体实际使用工况低周疲劳模拟试验验证了该验收准则的合理性。基于该准则验收并已交付的20段壳体40道环焊缝的质量可靠、稳定。论文从双层圆柱壳体力学理论、制造方法、焊缝无损检测方法以及焊缝质量评估等设计制造关键技术开展了系统性地研究,使得双层圆柱壳体的研究走上了理论分析、数学建模仿真与试验验证相结合的道路,从而指导了具体的设计、生产、检验与验收的工程实践,产生了较大的经济价值,极大地推动了双层耐压结构在水下航行器、特别是在UUV领域中的应用。