深海潜水器作为探索和开发海洋的运载工具，其关键技术之一是大深度耐压结构的设计研制。目前，深海潜水器的耐压结构材料一般采用传统的金属材料，如钢材、钛合金、高强度铝合金等。随着材料、能源等新技术的发展，潜水器的各项性能指标不断提高，更大的潜深、更轻的总重量、更宽阔的视野以及更短的上浮下潜时间等成为深海潜水器的目标要求。在这些设计要求下，非金属耐压结构明显体现出更大的优势。和传统的金属材料相比，这些非金属结构材料具有更高的比强度和比模量。本文首先介绍了非金属耐压结构在深海潜水器设计中的应用，然后以潜水器观察窗结构为重点展开相关研究工作。深海潜水器透明耐压结构包括潜水器的观察窗/球、水下照明灯的灯罩以及水下视像设备的镜片等。本文以不同结构形式的观察窗结构为研究对象，分析了典型观察窗结构的物理模型，导出了各个模型的设计参数与模型内部应力之间的微分方程。通过简化边界条件，导出简化后的观察窗结构内部应力分布公式，并进行有限元分析，将有限元结果与理论结果进行对比，讨论了两种分析结果的差别。本文还分析了不同设计参数对于典型观察窗结构内部应力、应变以及变形量的影响趋势，对比了两种典型观察窗结构在相同设计标准下的优劣。最后对某型球扇形透明耐压结构观察窗进行试验研究，结合有限元计算分析，对比了试验和有限元计算结果的差异。本文的研究成果对于非金属耐压结构的设计，特别是观察窗结构的设计，具有一定的参考价值。