海底管道是海上油气资源向陆地运输的重要载体,一旦发生泄漏,不仅会破坏海洋环境,还会造成巨大的经济损失。因此,海底管道修复技术得到广泛关注。本文针对一种可快速修复破损海底管道的双体结构连接器进行了详细研究及设计,并研制样机进行试验。以机械连接器维修技术为重点,综合分析了包括船上维修、干式舱维修在内的现有各种海底管道维修技术,介绍了上述维修技术的修复过程、所需设备及其使用的局限性,在此基础之上,将连接器分为驱动、密封、锚定、锁紧四个机构进行详细分析,对比各机构不同形式的优缺点,确定了本文连接器各机构方案,进而确定总体结构方案并给出工作流程。对于锚定机构,首先研究其驱动力:应用Johnson-Cook本构模型求解出单个卡齿嵌入管道所需的径向压力,确定同时嵌入管道的卡齿数量,而后通过分析得到整个锚定机构所需的最大驱动力的计算公式;通过锚定机构的加载试验,验证了计算结果。其次研究其承载能力:建立管道锚定处轴向力分布的力学模型,从中得到各卡齿所承担的载荷比例;应用有限元仿真验证了上述力学模型的正确性;得到了安全承载能力随卡齿数量的变化规律;提出锚定机构的最优卡齿数,并确定所需驱动力;通过不同卡齿数锚定机构的极限承载能力试验,确定了各锚定机构的极限承载能力,其变化趋势与计算所得安全承载能力变化趋势一致。对于密封机构,将其受载变形过程分为两个阶段,单独针对各阶段进行力学分析,建立密封面的接触应力与驱动力之间的力学模型;对密封机构进行参数化有限元分析,研究密封圈尺寸、硬度及摩擦系数对密封性能的影响;综合考虑驱动力、密封性能及压缩距的控制难度,选取最佳参数设计密封机构,对其加载过程进行有限元分析,证实前文力学模型正确,确定了压缩距,为驱动机构及锁紧机构提供设计依据。最后根据锚定机构及密封机构的驱动力,确定驱动机构及锁紧机构的尺寸,并加工试验样机。通过样机的整体性能试验,验证了连接器方案的可行性且能够满足设计指标。利用样机装置进行不同密封机构的对比试验,得到了不同形式密封机构的驱动力及密封能力。