海洋石油管道及设备终端连接器是水下油气资源开发系统的核心装备之一,深海环境下无潜水员辅助安装与维修,高压密封及洋流冲击使得水下连接器成为该领域的技术难题。目前连接器存在外形尺寸大、预紧力不足、抗外载干扰能力差等问题,针对现有缺点,本文以卡箍连接器为研究对象,对水下卡箍连接器金属密封理论修正、结构尺寸优化、力学传递原理进行研究,探究结构对卡箍连接器密封及抗载性能的影响。为探究适合水下卡箍连接器金属密封的计算理论,基于赫兹接触理论,对密封接触点两个曲面上曲率半径极值求解方法进行研究,通过测量发现确定任意回转件表面点极值曲率圆圆心与回转中心几何关系,得到求取任一回转件表面点曲率半径极值计算方法,进而求解等效曲率半径;利用有限元仿真研究不考虑密封圈边缘厚度和宽度的密封接触特性,验证赫兹接触理论适用于水下卡箍连接器金属密封接触理论;分析密封性能与结构参数之间的关系,以法兰锥面倾角、密封圈圆弧半径、半宽度、边缘厚度为设计变量,以最大接触应力和最小法兰轴向力为目标函数,以密封圈最大等效应力为约束变量,建立水下卡箍连接器的多目标优化模型,使用响应面方法对其进行优化,得到多目标下密封圈最佳的结构尺寸组合;对比已经考虑密封圈边缘厚度和宽度等因素的密封仿真结果,与应用赫兹接触理论在水下卡箍连接器密封的理论结果产生的误差,引入水下卡箍连接器金属密封理论修正系数,通过6寸法兰和金属密封圈压力密封实验,验证该系数可大幅度提高水下卡箍连接器密封接触理论计算精度。为降低水下卡箍连接器密封所需预紧力,对预紧力合理利用,针对法兰间隙进行仿真和试验研究,通过静力学仿真方法,得到满足密封和材料强度的法兰及密封圈轴向力分配原则,给出了在该原则指导下不同水深、尺寸、材料、内压下的法兰间隙求解方法,并以6寸卡箍具体仿真及试验数据为例进行分析;为了减小卡箍整体尺寸,分别从密封圈定位销倾斜布置、卡箍爪与法兰接触角、和拉紧螺栓直径及导程等方面进行调整改进。针对预紧扭矩向法兰轴向力传递转化问题,绘制直槽卡箍和斜槽卡箍夹紧情况的机构简图,从自由度证明两种夹紧动作运动唯一;简化卡箍夹紧后的受力模型,分别使用力平衡和力矩平衡求解两种夹紧法兰轴向力,得到从拉紧螺栓轴向力到法兰轴向力的表达式,并通过仿真进行验证;对比研究拉紧螺栓与普通螺栓在传动和校核的异同,给出预紧时拉紧螺栓扭矩到轴向力的表达式和工作状态下拉紧螺栓的校核式,并通过1.5英寸卡箍连接器试验证明预紧力学传递表达式。水下卡箍连接器的密封原理及力学传递研究,对任意水深、管径、油（气）压和外载干扰下的适用性提供了理论依据,为我国水下卡箍连接器的国产化和系列化奠定基础,有助于提高我国水下生产设备的连接能力,促进我国海洋能源开发装备的发展。