深渊海底蕴藏着大量的微生物群落和沉积物,它们是人类认识和研究深渊生命演化及深渊环境变化的重要媒介。为了满足深渊海底科学研究对高品质深渊海底沉积物保压样品的需求,研制具有保压功能的深渊海底沉积物气密取样装置不仅十分迫切,而且意义重大。本文根据深渊海底沉积物保压取样技术要求和全海深载人潜水器机械手的作业能力和操纵性,设计了一种具有保压功能的全海深沉积物气密取样器（以下简称为气密取样器）并开展了相关研究。论文主要研究工作为:首先,分析了目前国内外深海沉积物取样器的研究现状,探讨了目前国内外取样器压力仅为30MPa至70MPa主要问题,理清了本文所研制的110MPa全海深环境下具有保压功能的气密取样器技术要求,对比分析了液压驱动和机械驱动取样器两种设计方案特点并确定后者为本文设计方案;根据沉积物物理力学特性,对取样器在海底取样时的受力情况进行了分析,得到了取样管直径、压缩条件下样品强度极限和取样管内壁与样品的摩擦系数为影响气密取样器取样率的主要因素。结合试验验证,确定了合理的取样管内径D₁=40mm及取样管长度L=560mm等重要参数。其次,根据总体设计方案,确定了气密取样器整体结构和关键零部件设计准则,对诸如取样管、保压筒、封口筒、弹簧支撑组件等一些关键部件进行了计算分析;对弹簧支撑组件中的回收弹簧进行了校核试验,试验结果表明:取样管能够在回收弹簧的带动下完全缩回至保压筒内,验证了所设计弹簧的可行性;研究了保压筒需要补偿的海水量、有效容积和保压筒内、外压差之间的关系,提出了压力补偿器的设计准则,形成了系统主动压力补偿方案。然后,应用有限元工具分析了保压筒和翻板密封阀等关键零部件的不同结构参数与气密取样器质量和承载压力之间的关系,并得出了相应优化设计准则;通过Box-Behnken试验设计和响应面建立了气密取样器结构数学模型,分别对保压筒、翻板密封阀进行响应面分析,由响应面分析结果可知:保压筒的内径与壁厚对其质量和最大应力影响最显著,翻板密封阀的偏心角度对其质量和最大应力影响最显著,通过拟合的回归模型能很好地反映气密取样器关键部件的最大应力和重量与各结构参数的关系。最后,介绍了取样管、支撑固定架、翻板密封阀、弹簧支撑组件、手动打压泵等关键部件结构组成及气密取样器系统集成装配方案,并基于课题组所研制的气密取样器试验样机进行了内、外压试验,试验验证了气密取样器保压性能的可靠性、系统原理及结构设计的合理性,为全海深取样装置的设计与制造提供理论基础与技术支撑。