管路接头作为广泛应用在航空航天、机械制造和能源等行业的重要连接结构之一,其主要作用是能够使设备中的零组件可靠地协同工作,其中扩口式管接头由于结构紧凑、装卸方便等优点而被广泛地应用在工程中。扩口式管接头通常工作在高温、高压和振动等复杂环境中,其密封性能会出现缓慢下降的现象,即密封衰退,并且其在极端环境下的长时间服役时易发生介质泄露,管接头一旦发生密封失效,轻则浪费资源和污染环境,重则降低设备工作效率甚至引发致命灾难,因此开展扩口式管接头的密封性能研究工作具有重要的工程应用价值。本文主要从理论分析和数值仿真的角度系统地研究了扩口式管接头结构参数和环境载荷对其密封性能的影响;最后尝试在结构形式上去探索新型的密封结构,并结合多个密封性能评价指标来验证其改进方法的有效性。本文已开展工作主要包括以下几个方面:1)系统地梳理了扩口式管接头密封性能的相关理论和研究现状,并指出了有待解决的问题。在参考扩口式管接头建模规范的基础上,分析了其几何形状特点,并模拟了管接头初始密封的形成过程,以上工作为后续研究提供了预备知识和理论基础。2)研究了扩口式管接头结构参数对其密封性能的影响。首先对扩口式管接头进行参数化建模,确定了初始预紧力的合理取值范围,并采用自动化分析方法探究了部分结构参数对其密封性能的影响规律;然后基于Isight优化平台开展了扩口式管接头结构参数的试验设计和确定性优化工作;最后考虑了管接头建模不确定性的影响,构架了一个基于Kriging代理模型的可靠度优化设计框架,并采用Monta Carlo法验证了可靠度优化结果的正确性,该研究方法为管接头的优化设计提供了参考。3)研究了环境载荷对扩口式管接头密封性能的影响。首先考虑了扩口式管接头模型材料的热物理属性,得到了环境温度和介质压力对其密封性能的影响规律;然后在此基础上,开展了流体脉动压力的幅值和频率对其密封性能的影响工作;最后针对扩口式管接头在服役过程中的连接松动问题,考虑了模型材料的蠕变特性,得到了其在循环温度荷载下的密封性能衰退规律,并建立了扩口式管接头的精细化有限元模型,得到了其在振动环境下的密封性能衰退规律,该研究方法为在复杂环境载荷下的管接头密封性能衰退规律研究提供了参考。4)探索了管路接头的新型密封形式。针对管路接头的初始密封性能、结构补偿性能、抗疲劳能力和抗松动能力改进要点,尝试从结构形式上对扩口式管接头进行改进,并验证了该改进方法的有效性。