管板结构是换热器的主要部件，其设计的合理性将直接影响到换热器的安全稳定运行。按规范设计所得管板厚度过于保守，且管板厚度太厚不利于传热，易引起较大的温差应力；随着有限元技术的发展，基于应力设计准则在管板结构设计中得到了应用，因此对换热器管板结构的分析方法及轻量化开展研究，具有十分重要的理论价值和工程实际意义。本文主要研究内容如下：(1)以某企业工艺流程给定的工艺参数为基础，完成了换热器的结构设计，分别得到了厚管板和薄管板的主要结构参数；建立了薄管板结构的三维有限元分析模型，给出了薄管板结构的温度场、热应力分布，以及在热-结构耦合载荷作用下的Tresca应力分布云图。(2)基于等效支撑刚度相等的原理，采用一簇同心等厚薄壁圆筒体取代换热管的支撑作用，推导了薄壁圆筒体壁厚的计算公式，以此为基础，提出了一种管板结构轴对称分析的简化模型，通过与实体模型分析结果的对比，验证了所提出轴对称简化模型的正确性，并探讨了同心薄壁圆筒体个数对轴对称简化模型计算精度的影响，对薄壁圆筒体壁厚的选取提出了合理化建议。(3)采用所提出的轴对称简化模型，对管板与圆筒体、管箱的两种连接方式进行了探讨性研究。在圆角过渡连接方式下，探讨了其圆角过渡半径对管板结构上最大Tresca应力的影响，对其圆角过渡半径的选取给出了相关建议；在结构槽连接方式下，对结构槽分别位于圆筒体侧和管箱侧的连接方式及其相关参数进行了分析研究，给出了结构槽的安放位置及其参数值。(4)在圆角过渡和结构槽连接方式，以厚管板结构的轻量化为优化目标，分别建立了厚管板结构的优化模型，采用子问题优化算法，得到了两种连接方式下几乎相同的优化结果，实现了管板结构的轻量化。总之，本文所提出的管板结构轴对称简化模型，不仅在计算精度上能够与实体模型相当，且简化了管板结构的分析过程，能有效地节省计算成本，因此本文所开展的研究内容及得到的结果对换热器管板结构的应力分析设计及工程应用具有重要的指导作用。