超低温阀门作为一种特殊的流体控制装置,在特殊流体介质如LNG和液氮等的储存和运输中发挥着十分重要的作用。如今的石油、化工、航天等行业发展迅速,对特殊流体介质控制装置的要求也越来越高,超低温阀门作为其中一种流体介质控制装置,也有了更高的要求。但是,超低温阀门由于设计不规范,按照以往的经验设计,在追求安全性与经济性的同时,往往会忽略其在超低温环境时产生的一些密封不严、热应力集中造成变形不均等问题。另一方面,超低温阀门的工况比较复杂,按照以往的经验设计时,也使其的流阻相比于设计计算得到的流阻大。针对这些问题,本文首先通过有限元分析,模拟超低温阀门的工作状态,在满足结构强度与设计要求的基础上,对超低温阀门进行减阻优化。本文在研究和优化的过程中遇到了以下难题。首先,超低温环境下的温差会使阀门产生较大的热应力,影响阀门的使用性能与安全性。其次,超低温阀门的设计变量较多,达到了数十个以上,也就是所谓的高维问题,这造成了试验数多,优化效率慢的问题。再者,在使用有限元方法对超低温阀门的物理量进行分析和试验时,由于有限元方法的计算复杂性,会造成耗费的计算资源多,计算时间长等问题,从而使优化效率降低。最后,由于超低温阀门较为复杂的结构以及复杂的工作环境和可能产生的加工误差等,都会对优化后结果的可靠性产生一定的影响。对于上述的难题,首先建立超低温阀门的参数化模型,进行有限元仿真分析阀门在超低温环境下的各项指标,对该模型运用灵敏度分析的方法筛选出主因素作为设计变量,然后通过建立Kriging代理模型来作为之前参数化模型的替代进行分析试验,以此缩短计算时间,提高计算效率,最后通过对工程中不确定性因素的分析,研究其不确定性分布规律,在此基础上对超低温阀门进行可靠性分析及优化。主要内容为:（1）建立超低温阀门的参数化模型并进行有限元分析。根据超低温阀门的设计图运用Solid Works软件来建立参数化模型,根据设计规范以及工作环境等对该参数化模型进行热固耦合分析与流体分析,确定其在正常的工作状态下的密封比压与流阻等。（2）超低温阀门的灵敏度分析与主因素筛选。利用莫里斯灵敏度分析法针对超低温阀门的设计变量进行筛选,分析出设计变量对变形、比压、应力、温度和流阻的影响程度大小,去除掉影响因素较小的变量,保留较大的变量作为主因素参与到之后的研究中,从而降低变量数量,提升优化效率。（3）建立超低温阀门Kriging模型。以筛选出的主因素作为设计变量分别构建超低温阀门最大应力、最大变形、平均密封比压、填料函底部最低温度、流阻系数的Kriging代理模型,并对代理模型精度进行验证,对其中未达到工程要求精度的代理模型运用多点序列加点法提升其模型精度,以获得高精度的代理模型。（4）确定性优化以及可靠性优化。在高精度代理模型的基础上,为了提高优化效率,首先对超低温阀门进行确定性优化,在此基础上进行不确定性分析建立可靠性优化方程,对其进行可靠性分析与优化,最终获得流阻小且安全性高的结构。