在超硬材料人工合成方法中,高压高温环境下的触媒法在工业上应用最为广泛。两面顶超高压模具由于具备较为稳定的高压环境,在高品质超硬材料制造上具有特殊优势。为进一步提高产品品质,模具向着大型化方向发展,而随之带来的是大直径钢制支撑环难于制造加工等难题。为解决上述问题,本文主要针对使用钢环和碳纤维复合材料环共同预紧方式的两面顶超高压模具进行研究。本文首先对各向同性厚壁圆筒单层及多层承压时的各向应力进行分析,得出最佳承压设计方法。之后对各向异性的复合材料厚壁圆筒做出理论分析。通过在全钢环模具的基础上,使用一层碳纤维复合材料环代替最外层钢环,设计了具有碳纤维复合材料环的超高压模具。此模具的设计避免了大直径钢环的制造及难于加工等问题,形成一种以钢环加复合材料环共同对压缸实施预紧的预紧方式。使用ANSYS有限元软件建立模具的有限元模型,分析模具分别在预紧状态和工作状态下的应力分布情况,验证了等厚度模具设计方法的可行性。本文分别将压缸最大等效应力和复合材料环最大逆储备系数作为评价指标。根据正交试验结果,分析复合材料环厚度、模具高度、铺层角度、剖分块数对评价指标的影响规律,优化模具结构并得到最优参数组合。对优化后的模具进行热-力耦合分析,总结温度场下模具的温度分布及温度的施加对模具应力造成的影响。最后对模具的过盈装配方法与流程做出总结。