随着石油工业的发展,管道工业的技术水平得到了迅速的提高,绝缘接头的使用有着完全替代绝缘法兰的趋势。虽然管道绝缘接头在油气工业管道中基本普遍应用,但是对于高强管道绝缘接头的理论研究还没有得到足够的重视和深入系统的开展,特别是对管道绝缘接头中密封装置形状研究、预压量对密封性和应力的影响研究以及接头各种尺寸参数变化引起的非线性变化研究。本课题采用有限元软件ANSYS WORKBENCH对整体型绝缘接头进行应力分析及结构优化研究,主要包括密封装置优化和简化后的整体型绝缘接头优化两个部分。密封装置主要确定密封件的合理预压量,将该预压量应用到简化后的整体型绝缘接头中,然后再进行进一步的优化。在保证接头密封性和强度的条件下,对可能影响到接头强度、质量和密封性的接头尺寸进行优化设计,达到延长使用时间,运行安全可行及制造更加经济性目的。经过优化分析,最终确定接头的预压量为1mm,在这种情况下,发现梯形槽的密封效果比矩形槽的密封效果更好。但在预压量为零时,矩形槽可以达到密封效果,而梯形槽却不能,接头密封装置的形状最终确定为矩形槽。矩形槽中的接触压力随着预压量的增加不断增加,经拟合矩形槽中的接触压力与预压量之间的数量关系遵循一次函数;梯形槽中的接触压力随预压量的增加先缓慢增加后急剧上升,经拟合梯形槽中的接触压力与预压量的数量关系遵循高斯函数;矩形槽与梯形槽中的最大等效应力随预压量的增加先缓慢减小后快速增加,经拟合矩形槽和梯形槽中的最大等效应力与预压量之间的数量关系遵循三次函数。接头尺寸优化结果:绝缘环高度为40.715mm;焊缝高度为35.02mm;左法兰厚度为90.068mm;绝缘密封填料1长度为71.645mm;绝缘密封填料3长度为117.187mm。最后应用力学知识对优化解进行理论建模,将有限元解与理论解对比验证。