卡箍是连接带沟槽的管件、阀门以及管路配件的一种连接装置,沟槽式卡箍管接头是一种新型管道接头,是在管材、管件等管道接头部位加工成环形沟槽,用卡箍件、橡胶密封圈和紧固件等组成的套筒式快速接头。卡箍管件连接技术的应用,使复杂的管道连接工序变得简单、快捷、方便,使管道连接技术得到突破性发展。目前,国内卡箍的设计存在依赖参照国外产品资源、对产品的改进依靠实践中出现的问题、新型产品结构的开发盲目性很大、卡箍结构较小很难实现试验检测等问题。因此,立足于现有结构,利用有限元分析方法获得卡箍的受力特性,对卡箍结构进行合理改进极为重要。本文在国内外对沟槽式卡箍管接头研究的基础上以DN80重型刚性沟槽卡箍为原型,利用SolidWorks建模软件完成实体模型的建立,以.x_t格式输出导入到ANSYS进行有限元模型的建立,完成了卡箍结构的应力分析,获得了卡箍应力分布情况,由应力云图看出最大应力点MX及应力较大的区域均出现在螺栓固定平台与弧形壳体的交界处附近,并且得出卡箍的最大应力与其受到内压呈线性增加关系;由应力云图还看出,该卡箍沿轴向布置的加强筋所受到的应力值均较小,而沿周向布置的加强筋应力值较大,但从整体上看,肋板的设计并未有效的增加结构的整体强度。采用两参数的Mooney-Rivlin材料模型模拟卡箍密封圈橡胶材料的非线性行为,通过建立与密封圈之间的接触对实现与橡胶的接触非线性模拟,完成了卡箍与密封圈非线性接触分析,得出密封圈的最大应力区域均出现在内壁弯曲处,由密封圈与卡箍及管道接触面上的接触应力均大于所受到的液体压力判定出密封圈能够保证密封效果,并得出密封性能随着管道内液体压力的升高而增强;对比未考虑与密封圈接触时卡箍最大应力,发现密封圈能够减小卡箍受力,而且内压越大最大应力减小越多。在以上研究的基础上,建立以卡箍肋板所在的环形区域为拓扑优化区域的有限元模型,完成了卡箍肋板区域的拓扑优化分析。根据优化分析与结构分析结果经过反复的结构优化设计,设计出了具有新型加固结构的卡箍,通过验证分析,证明了新型卡箍结构应力分布更加均匀,整体可靠性更高,新型卡箍加固结构在使用了原肋板结构约66%的材料的基础上,获得了比原结构更高的可靠性。