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深冷容器是用于液化天然气等深冷液化气体储运的极端承压设备,在能源、化工航空航天等领域已得到了广泛应用。奥氏体不锈钢是一种综合力学性能优良的材料,其韧塑性和低温性能尤为突出,被广泛用于深冷容器制造。为了实现国家倡导的“低碳”、“绿色”等发展理念,迫切需要通过提高许用应力、采用应变强化技术和采用分析设计等轻量化途径来减轻容器重量、降低重容比和制造运行能耗。在这一前提下,开展奥氏体不锈钢容器在室温和深冷环境下的强度研究,揭示奥氏体不锈钢深冷容器在不同工况下的强度裕度,对于促进深冷容器的轻量化设计,实现安全与经济并重、安全与资源节约并重具有重要意义。短时过量静载荷导致的韧性破坏是压力容器最基本的强度失效原因之一,是本文关注的对象。此前容器强度研究多集中于室温下简单结构容器的塑性垮塌失效,较少考虑三轴度效应对材料延性的削弱及其引起的复杂结构容器局部失效,也较少涉及深冷环境对容器强度的影响。为了分析深冷容器在不同工况下的强度,保证深冷容器的本质安全,本文在国家高技术研究发展计划(863计划)重点项目(项目编号2009AA044801)和教育部博士点基金(项目编号20090101120161)的支持下,以室温和-196℃深冷环境为例,在考虑三轴度效应的材料断裂应变、容器强度预测及弹塑性分析设计方法等方面进行研究,主要完成的工作如下：(1)开展奥氏体不锈钢光滑圆棒和缺口圆棒在室温和深冷环境下的拉伸试验。运用考虑微观损伤的Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN)模型,建立拉伸试验全过程的参数化仿真模型,分析三轴度效应和深冷环境对材料断裂应变的影响,得出室温和深冷环境下材料断裂应变随三轴度变化的拟合关系。结果表明,随着三轴度的增大,材料断裂应变减小；深冷环境下材料的屈服强度和抗拉强度有大幅提高,断面收缩率和断裂应变有一定下降。(2)建立一种考虑三轴度效应的奥氏体不锈钢深冷容器强度预测方法。经室温水压爆破试验验证,本方法可以较好的预测容器强度。采用本方法探讨深冷环境对容器强度的影响,结果表明深冷环境对材料的强化作用会导致容器的塑性垮塌压力大幅提高,但深冷环境对材料的延性有一定削弱,导致容器的局部失效压力提高幅度有限；建议在深冷容器中尽量避免在高应力应变区设置高局部三轴度的结构附件,以降低局部失效风险,充分利用材料低温强化对容器强度的增益作用。(3)基于所建立的容器强度预测方法,参考国外先进技术标准,提出一种奥氏体不锈钢深冷容器弹塑性分析设计方法,并探讨其中材料本构模型和局部失效判据的设置。归纳奥氏体不锈钢深冷容器的常用轻量化途径,分析其在不同设计方法和不同工况下的强度裕度。结果表明,采用弹塑性分析设计和应变强化工艺等轻量化方法时,容器在常温和深冷环境下仍具有一定强度裕度。