在深水工程装备中,深水连接器是负责油气输送管道之间连接的重要设备,对深水连接器的研究是海洋资源开发的重点与难点。深水卡爪连接具有安装效率高、结构自锁、可靠性高等特点,有广泛的应用前景,但国内对其进行的研究较少。本文以立式卡爪连接器为研究对象,对新型复合密封方案进行性能分析,从卡爪连接受力特性、温度场及耦合场应力分布等方面对连接器性能进行了研究。本文从深水卡爪连接器的典型结构和工作流程出发,提出一种金属密封与弹性密封结合的复合密封方案;基于赫兹接触理论,建立金属内密封的接触计算模型,结合预紧状态和工作状态的力学模型,得出影响内密封性能的轴向预紧力、密封接触宽度和接触压力等关键因素;通过有限元分析,得到预紧状态和工作状态下密封接触压力和密封核心部件应力变化情况。根据复合密封方案和卡爪连接器工况,对弹性密封进行材料选择;针对弹性密封非线性特点,采用两参数橡胶材料Mooney-Rivlin模型描述其超弹性特性,求解出不同硬度橡胶的模型参数;以标准密封槽为研究对象,应用有限元分析对橡胶圈变形过程中的力学行为及密封接触压力进行分析,研究橡胶压缩率、橡胶硬度和挡圈等因素对密封性能的影响,为新型外密封结构奠定理论基础,提出一种新型外密封结构,并通过有限元分析验证其密封性能。通过理论分析得出卡爪连接器稳态和瞬态的耦合应力,确定影响综合应力的关键因素,并将理论结果与仿真结果对比验证,为工程应用时的风险预判提供理论依据;对卡爪连接器在稳态及瞬态构成的五种工况下的温度场进行数值模拟;在温度场求解基础上,求解热-结构耦合的八种工况下密封核心部件应力分布及密封接触压力变化。以卡爪连接器工程样机为测试对象,利用连接器专用测试平台,对卡爪连接器进行试验研究。通过静水内压试验,验证理论分析的最小轴向预紧力满足内外压密封条件;通过静水外压试验,验证连接器的半自紧式内压密封效果和新型外密封结构的密封性能;通过温度压力试验,验证连接器在温度载荷下的密封性能以及仿真分析的连接器温度场分布;通过海试验证卡爪连接器的工程应用能力。