水下分离器是整个水下生产系统中的核心装备,可在海底完成气液分离或油气水分离,有利于减小井口背压,提高油气采收率,同时可有效避免水合物的生成,减少采出水排海污染,有效解决深海油气开采带来的经济效益与环境污染的平衡问题。因此,研发适用于超深水环境下的水下分离器,掌握一套应用于超深水环境的分离技术对开发深海油气资源有重大意义。本文结合国家863课题“水下分离器关键技术研究”之子课题“高外压交变载荷承压结构分析与测试技术研究”的内容展开研究,针对超深水水下分离器的特殊性,开展深水水下分离器承压结构强度分析及稳定性分析,并在此基础上借助ANSYS软件进行结构优化设计分析,开发深水水下分离器参数化分析软件,构建一套深水水下分离器承压结构强度及稳定性分析方法。本文主要研究成果总结如下:(1)深水水下分离器承压结构强度分析采用有限元软件ANSYS对数值模型单元、划分、加载以及边界条件等内容进行了详细的研究,提出参数化建模方案,构建了精细化分离器承压结构分析设计模型,借鉴压力容器分析设计方法,提出针对深水水下分离器承压结构的基于应力分类法的强度分析及基于直接法的总体塑性变形分析的强度校核方法,研究ANSYS子模型技术在分离器强度分析上的应用,获取水下分离器应力集中区域或关键部位较为精确的结果;分析校核试验内压及下放特殊工况下分离器承压结构的强度,提出采用ANSYS瞬态动力学分析方法对水下分离器下放过程进行模拟分析校核。(2)深水水下分离器承压结构稳定性分析借鉴压力容器分析设计方法,建立深水水下分离器承压结构非线性屈曲分析模型,充分考虑材料非线性以及几何非线性,采用ANSYS软件的非线性屈曲分析方法,进行了分离器承压结构特征值屈曲分析研究及承压结构失稳极限分析研究,研究长径比L/D、径厚比D/t、开孔数量及厚度、几何缺陷、椭圆度对结构临界屈曲压力的影响,为分离器承压结构的稳定性设计提供参考。(3)深水水下分离器承压结构优化设计与分析校核基于ANSYS结构优化设计,提出了承压结构优化设计方案,并采用超深水水下分离器承压结构强度及稳定性分析校核的“危险路径应力分类分析+整体塑性极限分析+失稳极限分析”三段式分析设计方法进行优化分析校核,为超深水水下分离器承压结构优化设计与分析校核提供技术支持。(4)深水水下分离器参数化分析软件采用Visual Basic 6.0语言开发基于深水水下分离器承压结构强度及稳定性分析方法的深水水下分离器参数化分析软件,软件利用ANSYS参数化建模的原理生成各类命令流,极大的缩短了用户复杂点建模过程,有效的缩短了建模时间,提高了计算效率,为深水水下分离器承压结构强度及稳定性分析方法管理提供方便有效的工具。