创新结构和良好的外形是设计高承压能力超压气球的关键所在。本文综合考虑增强结构与囊体外形两方面因素对超压气球抗压能力的影响,提出一种滑动索膜超压气球设计方案。结构部分,使用与囊体相对滑动的绳索替代“南瓜球”中固定于囊体表面的加强筋,能更好地传递载荷且避免了加强筋与囊体间焊接工艺对强度的削弱;外形方面,该方案主要分为初始设计、外形调整两部分,首先,参考增强绳索和囊体上冯?米塞斯应力水平的理论解,初步设计一种较高抗压能力囊体结构外形;然后,在初步设计基础上考虑囊体变形效应,采用将囊体截面曲线设计为一种椭圆曲线的方式能有效提高超压气球抗压能力并改善囊体应力分布不均状况。通过理论设计与Abaqus中进行的非线性有限元仿真结果对比,仿真分析结果验证了修正设计方案。材料基本力学性能是影响超压气球囊体的变形的关键因素,设计中参考正确的基本性能参数十分必要。考虑不同载荷工况下的Vectran囊体材料力学性能指标的离散性,本文以结构设计方案中纵、环向张力比为2:1工况下借助2-D DIC技术测试了囊体材料的经、纬向泊松比及弹性模量;建立了PBO绳索蠕变模型并预测蠕变寿命。最后,为分析焊接工艺对囊体材料的强度及弹性力学性能影响,设计了焊缝试件的单、双轴力学性能试验,测试对应焊接强度与弹性模量及泊松比。结果表明,焊接区域极限应力约为囊材本身的87%,满足强度要求;焊接区域弹性模量较原材料提升18%,泊松比变化幅度较小,维持在0.3-0.5之间。为分析裁剪工艺对囊体外形影响,采用分步提升法进行平面膜片的拼接找到成形后的囊体形态,以此为基础分析囊体在低载荷下的变形规律并采用摄影测量法进行试验验证。结果显示:裁剪工艺使得囊体表面环向曲率半径高于设计值,应力水平高于设计值,在进行囊体强度预报时应综合考虑裁剪效应。