随着世界石油资源的日渐枯竭,石油资源的开发已从陆地转向海洋,从浅海转向深海。深海石油资源的开发需要在海底铺设管道,海底管道的铺设需要对管道进行法兰连接,深水法兰连接机具是进行海底管道法兰连接的专用设备,该项技术仅被少数外国公司所垄断。论文研究内容源自国家863计划——深水海底管道铺设技术,该课题要求研制具有自主知识产权的深水法兰连接机具,为我国开发深海油气资源作准备。论文介绍了深水法兰连接机具的国内外发展概况,提出了深水法兰连接机具的研究内容。研究了适用于深海环境的作业技术,确定了适合海底管道连接的法兰类型、螺栓的预紧力、控制螺栓预紧力的方法和海底管道法兰连接的工艺过程。根据法兰连接机具的技术要求,确定了深水法兰连接机具的功能和机械动作顺序。对深水法兰连接机具进行了功能模块划分,将其划分为外框架、内框架、螺栓库和螺母库等模块,并利用CATIA软件完成了各个模块的三维结构设计。对深水法兰连接机具的重要零部件进行强度和刚度的分析,对深水法兰连接机具的重要运动部件进行了运动学仿真,通过对深水法兰连接机具强度和刚度的分析和运动学仿真,证明深水法兰连接机具设计的可行性。通过计算求得深水法兰连接机具的重心、浮心和稳心高度,以此对深水法兰连接机具进行水下稳定性的分析。建立了深水法兰连接机具的坐标系及相互之间的转换关系,对深水法兰连接机具水下运动方式进行了简化,建立了深水法兰连接机具的水下运动学模型和水动力学模型。