水下卡箍式连接器是海底管道工程中不可或缺的装备。由于受到恶劣海底环境的影响,连接器在工作时会受到如外力载荷、振动及温度载荷的综合影响,如何保证在复杂环境下的工作可靠性就成为了研究工作的首要任务。通过对水下卡箍式连接器进行结构力学及热力学分析,研究水下卡箍式连接器在高温高压工况下的温度场及应力场分布规律,找出影响密封及结构强度的主要因素,对于提高连接器可靠性具有重要的理论意义和研究价值。论文以设计研制的6英寸卡箍式连接器为研究对象,从卡箍连接受力特性、温度场及耦合场应力分布特点、连接器性能三方面进行了研究讨论。首先通过对国内外水下卡箍式连接器结构形式及参数调研,确定卡箍连接器工作状态下的受力特点。通过分析确定了密封所需轴向预紧力的大小,并对预紧状态下的法兰、密封圈和卡箍爪等关键零部件进行了受力特性分析,推导出了各零部件间力学传递关系。通过有限元模型计算与分析,得到了预紧力及内压作用下密封接触应力和各零部件应力变化情况,为热——结构耦合分析奠定基础。基于热力学基本理论,建立了法兰与卡箍爪海水层、法兰接合面海水层及卡箍外表面的传热学模型。根据卡箍连接结构特点引入当量导热系数及当量换热系数对卡箍连接热量传导方式进行了简化。结合弹性热应力理论及拉美(Lame)公式推导出了稳态时法兰在内压、温差和外载共同作用下的综合应力表达式,并将计算结果与仿真结果对验证了理论分析的正确性。根据傅里叶定律推导得到瞬态时综合应力的近似表达式,并对应力分布特点进行了分析,为工程应用时的风险预判提供了理论依据。根据海洋环境特点,利用ANSYS软件建立了卡箍传热三维有限元模型,将分析得到的热力学参数导入到海水层材料中。通过模拟得到了稳态及瞬态时,卡箍式连接器温度场分布云图,对连接器温升及冷却阶段温度场变化特点进行了分析。利用热——结构耦合分析方法,得到了外载及温度载荷综合影响下的应力分布及密封接触应力变化规律。最后根据ASMEⅦ-2准则对法兰进行了高颈应力评定,评定结果全部合格,为实际工程应用提供了参考依据。最后以水下卡箍式连接器试验样机为测试对象,利用水下连接器专用测试平台,通过静水压力测试、温度压力测试及海试试验,对水下卡箍式连接器性能进行了试验研究。并将试验结果与计算、仿真结果进行了对比,验证了理论分析结果的正确性。海上试验的成功标志着此次研制的水下卡箍式连接器已经具备了海上工程应用的能力。