海底石油管道快速修复技术是保证海上油气正常生产的一项重要研究课题,国外已经将这项技术成功地应用于工程实际,研制出多种型号、适用各种管道的修复连接器,研制适合于我国海上油气生产的管道修复连接器有利于提高经济效益,促进相关海洋工程技术的发展,具有重大的战略意义。本文重点研究了海底石油管道修复连接器的密封原理与结构设计、优化和连接可靠性问题。首先从接触式静密封理论出发,从理论上解决连接器密封问题,为连接器结构优化与可靠性分析提供理论依据,并讨论了连接器实际工作时影响其密封能力的外在因素。由管道连接时受力状态简化出其理论模型,求得管道受环形压力带问题的弹性力学近似解。设计了适用于8英寸海底石油管道快速修复的连接器结构,借助计算机辅助工程(CAE),利用有限元法与优化技术的结合,成功地解决了基于最佳密封性能与最小加载力的结构优化问题,有效地提升了连接器密封能力,并大幅减小了所需的最大加载力,获得了连接器最优结构尺寸。本文最后研究了管道参数具有随机性时的概率可靠性问题,依据可靠性基本理论并结合ANSYS软件的概率设计系统,分析连接器密封能力与最大加载力对管道外径、壁厚和材料参数变动的敏感程度,依据应力—强度干涉模型,计算连接器连接时的可靠度,根据概率乘法计算出整条管线的可靠度。