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大口径闸阀是公称通径为350mm-1200mm之间的闸阀,在工业上有着广泛的应用。由于大口径闸阀阀体受到安装尺寸的限制,其容纳闸板的中腔通常为扁圆形或椭圆形的异形容器,很难用理论公式对其进行结构分析。因此,对大口径闸阀阀体进行结构优化十分困难,结构优化也只能依靠工程经验。阀体作为大口径闸阀承压主要部件之一,由于其结构复杂,会产生应力集中、变形不协调,然后导致阀体使用寿命降低、发生泄漏。因此,通过采用先进的计算机辅助工程(CAE,Computer Aided Engineering)技术对大口径闸阀阀体结构的强度、刚度性进行数值分析和优化设计,并对阀体结构进行疲劳寿命分析。进而为阀体结构的改进提供依据和指导,缩短产品开发设计过程。本论文以大口径闸阀阀体为主要研究对象,利用大型有限元软件ANSYS对其进行有限元静力分析、优化计算和疲劳寿命分析。以ANSYS Workbench优化分析平台,建立大口径闸阀阀体的模型,根据实际情况设定边界条件,分别按照实际工况和试验工况施加载荷,对阀体进行了有限元静力分析,研究阀体等效应力的大小和分布状况。结论认为大口径闸阀阀体的应力集中现象明显,且在实验压力下不能满足使用要求,所以在阀体中腔外部增加加强筋,以此降低阀体的最大等效应力并使应力分布更加均匀。在满足工程要求的情形下,对加强筋的结构进行优化(一定的范围内),找到一个最有效的方案。本文采用两种方法对加强筋的结构进行优化,只是后者结合了中心法的优化算法。两者优化结果一致,但后者迭代步骤更少,计算简便。优化结果表明,改进后的阀体等效应力最大值减小35.82%,应力集中程度减小,改善了阀体的应力分布状况,使其分布更加均匀,变形协调,提高阀体的强度和刚度。最后,利用ANSYS Workbench Fatigue软件,结合疲劳损伤理论、ASME法规第Ⅲ卷的要求,对大口径闸阀阀体进行疲劳分析计算,找出设计薄弱的阀体部分,通过优化阀体结构,增加阀体强度,提高阀体使用寿命。