随着陆地油气资源日渐枯竭,越来越多的石油公司都把目标投向了海洋。深海阀门是海底管道系统中的重要调控部件,对海底油气输送安全起着重要作用。国内海洋油气资源大规模的开发,对深海阀门的需求变得更为迫切,而国内对深海高压阀门的开发尚未形成规模,深海高压阀门的结构设计、材料特性研究、性能优化、可靠性等成为国内研究的重要课题。本文以深海高压阀门为主要研究对象,从深海工况出发,确定了深海高压阀门阀门方案及设计需求,完成了阀门材料双相不锈钢2205的化学成分分析及其各项性能的总结。分别对深海高压阀门只受海水外压、只受管道内部介质内压以及内外压复合三种工况进行强度分析,得到阀门等效应力、变形的大小与分布。在阀门内、外压力相同时,只受外压为较危险工况,较之陆地阀门,海底阀门阀体受到的应力的更大。根据阀门在海底工况下阀门内外存在温差的特点,对阀门进行了热应力分析、应力耦合分析并进行了应力评定,仿真得出阀座和阀体在应力集中部位的一次应力与二次应力结果,证明设计的阀门符合设计标准,并发现阀体尺寸存在较大盈余,有较大优化空间。并根据分析设计标准,通过拓扑优化得到阀体材料合理分布方案,以阀体结构尺寸作为设计变量,对阀体进行目标参数优化,得出阀体最优结构尺寸,改善了阀体整体应力分布,提高海底阀门球阀整体结构强度和经济性。最后研究了阀座变形与密封比压之间的规律,通过提取出阀座内环上三条路径的变形替代阀座整体的变形状况,分别改变内压与外压的大小,仿真得到阀座密封面上的比压变化情况,确定阀座变形与密封比压之间的关系。依据阀座变形与密封比压之间的关系确定阀座改进方案,使阀座密封面上的最大密封比压降低到材料允许范围内,并且使密封面上的密封比压分布更加均匀,提高了阀座使用可靠性与密封性。