月牙肋钢岔管因其受力状态明确，外表较为光滑，水力学条件良好，结构可靠，制作安装方便，利于与围岩联合承载等优点，在国内外众多大中型水电站建设中得到应用。本文拟使用已广泛应用于机械、桥梁和航空等领域的有限元优化算法来改进月牙肋岔管设计，让岔管设计向着更加科学精确的方向迈进。
　　本文围绕月牙肋岔管设计过程中的三个关键问题展开：①高压钢岔管如何减薄管壁厚度，降低岔管的制造和安装难度，增加技术可行性；②如何合理调整岔管管壳和月牙肋板体形，使岔管结构受力均匀，充分利用岔管钢材强度；③如何在保证结构安全可靠的情况下，持续改进岔管设计，既能保证岔管受力均匀，又能降低岔管工程量。以西龙池电站岔管为研究对象，运用解析几何理论推导、有限单元法及优化算法等主要手段开展计算研究，具体内容和成果包括：
　　(1)开发基于有限元法的优化设计程序，在ANSYS中利用APDL语言逐步实现明岔管和埋藏式岔管的参数化建模、参数化生成点点接触单元、参数化边界条件施加、自动求解计算和自动进行优化设计等。最后将APDL命令内嵌于开发的程序中，以形成独立的优化设计程序。
　　(2)利用开发的优化设计程序对西龙池埋藏式岔管开展工程量优化研究，计算结果表明通过优化算法调整岔管体形降低岔管中面峰值应力，控制各管节腰线长度、改善钢岔管受力，可以减小岔管最大管壁厚度，有效降低岔管总工程量，使钢材强度得到有效利用。
　　(3)对明岔管进行应力均匀优化，拟使其局部膜应力分布更加均匀。首先提出能合理表征岔管应力分布均匀程度的函数，并以此为目标展开优化，计算结果表明本文程序能对此函数正确响应。岔管体形经优化调整，管壁应力的分布均匀程度有了很大提高，整个岔管的钢材强度得到充分利用。
　　(4)同时对西龙池电站埋藏式岔管开展工程量和应力均匀多目标优化。最终，经程序优化后有效降低了13.8%的岔管工程量，岔管应力不均匀度也从初始设计方案的28.15降至7.36。
　　(5)对岔管峰值应力展开计算研究，出现于岔管基本锥的峰值应力显著高于岔管其余部位，岔管最大壁厚通常由其控制。此外，管壁峰值应力出现部位也是岔管的薄弱部位，降低管壁峰值应力能有效改善结构受力。