鉴于核动力装置高功率密度、高效率的要求，大型化、经济性、高安全可靠性是主冷凝器的发展方向。以椭圆型封头为主体的主冷凝器水室结构可以满足机组各方面的性能要求而得到广泛应用。随着机组功率增加，封头上接管尺寸增大，研究设计即满足强度性能要求经济性又好的大开孔椭圆封头结构对提高机组总体性能至关重要。由于椭圆封头大开孔接管结构的复杂性，寻求理论解非常困难。到目前为止，有关大开孔结构的理论研究成果还不能直接用于实际工程设计。随着有限元技术的发展和分析设计规范的逐步完善，对椭圆封头大开孔接管结构采用应力分析设计已成为可能。以有限元精确计算为基础，利用成熟的弹性应力分类和分析评定方法，有限元应力分析已逐渐成为解决大开孔结构强度问题的有力手段。本文针对双接管椭圆封头结构，分别以平齐式和内伸式接管补强结构为研究对象，采用三维有限元数值分析技术，较全面地研究了各补强结构的应力分布特点及规律；分析讨论了内、外焊缝和内伸长度等因素的补强作用；通过对各种补强结构补强能力的对比分析，提出了效果较好的补强结构，并通过分析设计对该结构的经济合理性做出了评价。本文通过电阻应变测量的方法有效验证了有限元计算方法的可行性和可靠性；误差原因的分析和结论将为实际产品的设计和制造起到重要的指导意义。本文利用有限元与优化技术相结合的方法，对具有最佳补强效果的补强结构进行了三维实体结构优化设计研究，优化分析结果证实了结构优化设计法在解决大开孔椭圆封头设计上的有效性，同时也为其他复杂结构的设计提供一个科学实用的设计方法和设计手段。