管壳式换热器在工业生产中广泛应用，管板是该设备的关键部件，对设备的安全运行、节能降耗以及降低企业制造和生产成本起着非常重要的作用。目前关于管板的强度设计都是基于等效圆板理论，设计出的厚度大，太过保守，此外，对于胀接管板，接头密封性能目前也没有简单合理的表征方法，针对这些问题，本论文开展了一些实验研究和大量数值分析工作。　　 首先，组建换热器实验装置，对一换热面积为4m2的管壳式固定管板换热器进行实验研究，测定了在壳程压力和温差载荷作用下壳体上的应力；同时建立了该换热器的三维有限元模型并进行了应力分析。实验和有限元分析结果表明，采用实体单元建立换热器整体结构有限元模型，并进行强度分析和设计是可行的，也是精确的。　　 其次，建立了液压胀接接头的三维实体有限元模型，在分析管子与管孔间残余接触压力分布基础上，提出了在接触面上为实现接头密封所需要达到的“防漏密封压力”的概念，并以此建立了液压胀接接头致密性的力学判据；通过参数分析，拟合得出了在一定条件下实现管子与管板密封所需要的密封压力的计算公式。　　 第三，建立了由不同方式(焊接、胀接)连接的管板-管子结构的参数化有限元分析模型，考察了管板厚度与直径变化对管板径向应力和挠度的影响。结果表明，由于管子对管板的支撑作用，管板中的应力和挠度随管板直径和厚度的变化没有传统等效平板理论所描述的那样明显；由于消除了管子与管板之间的间隙，胀接接头中，管子对管板的支撑作用比焊接接头中的支撑作用要大；与GB151设计标准所计算的管板径向应力比较后发现，应用以有限元分析为基础的数值设计方法可以明显降低管板厚度。　　 第四，针对目前双管板结构换热器无设计规范，建立了双管板结构参数化有限元分析模型，分析了管板直径和厚度变化对管板径向应力和变形的影响，研究了双管板之间的相互作用。结果表明，应用数值设计法，可以解决双管板设计问题，并能降低管板厚度；双管板之间在强度上有相互加强的作用，当间距较小时效果更明显。　　 最后，作为数值设计方法的应用，论文对一台多管程浮头换热器在压力和温度载荷作用下的管板进行了强度计算和分析，结果发现，依照分析设计标准JB4732-1995，该管板厚度可以由216mm减小到156mm。