随着科学技术的发展以及真空技术的进一步应用,真空容器在不断向着大型化、复杂化和多样化的方向发展,传统的设计方法在大型复杂真空系统设计中存在不足。有限元法（FEM）可以借助计算机对结构进行分析,解决某些传统设计方法中难以解决的问题。研究有限元法在真空容器设计中的应用具有十分重要的意义。本文基于传统设计方法对真空容器进行了设计,并应用有限元法对真空容器进行分析并加以改进,可以提高大型真空容器的设计效率以及可靠性。本文首先根据《真空设计手册》和《压力容器》（GB 150-2011）对某Φ5000mm×6000mm真空环境模拟装置进行设计以及校核,并对真空容器进行了简化和有限元建模,比较了几种不同结构下真空容器的应力和变形量;分析了方形法兰在抽真空前后的相对变形量,可以为法兰表面的密封结构和密封材料的选择提供参考;对真空容器主体部分进行了稳定性分析,得到了真空容器的失稳因子为13.7,大于目前国内钢制压力容器的安全系数标准;对真空容器进行模态分析,得到了真空容器前10阶模态的频率和振型,可以为相关周期性载荷的施加提供参考。其次,针对真空容器安装不同试验器材的需求,设计了一套平板法兰作为真空容器的封头,平板法兰封头由DN5000mm转DN3000mm法兰、DN3000mm转DN1500mm法兰、DN1500mm转DN500mm法兰以及DN500mm法兰盲板组成;分析了 DN1500mm转DN500mm法兰与DN500mm法兰盲板之间采用接触面绑定接触、接触面垫圈映射面绑定接触、梁模型代替螺栓以及实体螺栓模型等四种不同模拟方法下的计算结果,计算表明,四种模拟方法的应力峰值之间的差异在1 1%以内,除接触面映射面绑定接触外其余三种方法的变形量结果相近,并对比了四种方法的优点和缺点;对平板法兰封头采取接触面绑定接触的方法进行了强度和刚度分析。最后,针对截面直径为18mm的O形密封橡胶圈,根据《真空设计手册》,初步设计了相应的密封槽;计算了密封圈的应力应变以及密封圈和法兰之间的接触压力,并对密封圈材料采用不同本构模型时的计算结果进行了对比,得出了适合橡胶圈有限元分析时的本构模型;计算了当密封槽深度均为13.3mm密封槽宽度分别为21.6mm、21mm、20mm以及19mm时密封结构的密封性能,计算表明当密封槽的截面面积接近于密封圈的截面面积时,密封结构失效;计算了当密封槽截面面积为273mm2时,密封槽深度从13mm到9mm的密封性能,得出了密封圈与法兰之间的接触压力随密封槽深度的变化规律,可以为密封圈的选型以及密封槽的设计提供参考。