21世纪是人类全面开发和利用海洋的世纪。占地球表面49%、约212亿平方公里的国际海底区域,蕴藏着丰富的战略金属、能源和生物资源,其中包括锰结核和钴结壳等。随着陆地资源的日益枯竭和人类对海洋认识的深化,国际海底区域逐渐成为各国关注的重要战略目标。我国于1999年3月最终圈定了7.5万平方公里的大洋采矿“合同区”,加紧对深海采矿技术的研究,于2001年在昆明抚仙湖进行了多金属采矿系统的综合湖上试验,于2004年11月完成了1000m海上试验系统技术设计。本文针对深海采矿系统输送软管的浮力材料进行研究。查阅我国深海用浮力材料的有关文献发现,对其进行的研究还处于实验室阶段,还没有形成系列产品,且在2006年863专题课题申请计划中设置了大深度浮力材料研究专题,对不同深度浮力材料的密度和强度提出了一些技术要求。通过比较,本文提出用低密度、高强度的钛合金和铝合金制成的空心浮力球壳为软管管道提供净浮力,使输送软管在深海作业时形成良好的形状。本文首先针对浮力球壳的实际情况,推导出其变形和内外力之间的关系,并计算出满足大深度浮力材料密度要求的球壳参数。考虑到浮力球壳在深海工作时其主要失效形式为屈曲,利用有限元软件对其进行屈曲分析,并从不充气浮力球壳和充气浮力球壳两个方面进行研究。对于不充气浮力球壳的屈曲分析,首先通过对实际球壳的简化和有限元参数的比较,提出了一个合理的有限元分析模型;然后利用ANSYS的屈曲分析功能对一系列厚度半径比的浮力球壳进行分析,从而得到满足要求的不充气浮力球壳密度范围和最大可潜深度。屈曲分析过程中,考虑了初始缺陷、材料等因素对极限载荷的影响。为了提高进一步浮力球壳的可潜深度,本文在最后一部分对充气浮力球壳进行分析。通过比较,选择低密度的氦气作为空心球壳的高压气体,并利用专门的氦气压缩机对球壳进行充气;利用与不充气浮力球壳同样的有限元分析方法对充气浮力球壳进行分析,得到不同充气压强下满足要求的球壳密度范围和最大可潜深度,并与863大深度浮力材料技术指标进行比较,得到了一些有价值的结论。