摘要: 海底管道作为一种海上油气运输的重要工具，已在国内外海洋工程领域得到了广泛应用。在复杂载荷的联合作用下，海底管道易发生结构压溃失稳，引起重大的经济损失和环境破坏。因此，通过理论分析、数值模拟和模型试验的手段开展海底管道屈曲压溃研究具... 展开 海底管道作为一种海上油气运输的重要工具，已在国内外海洋工程领域得到了广泛应用。在复杂载荷的联合作用下，海底管道易发生结构压溃失稳，引起重大的经济损失和环境破坏。因此，通过理论分析、数值模拟和模型试验的手段开展海底管道屈曲压溃研究具有重要的理论价值和工程意义。本文着眼于制管成型、铺设安装、服役运营和维修检查的全寿命周期，重点研究了低周循环载荷下厚壁管道屈曲压溃的力学行为，探究了结构损伤失效机理。主要研究内容如下： （1）针对水压作用下的厚壁管道非线性屈曲行为，开展了全尺寸厚壁管道屈曲压溃的数值模拟和模型试验研究。揭示了厚壁管道压溃行为的几何非线性和约束非线性特性，推导出包辛格效应下材料随动硬化的离散化模型，实现了数值求解过程，并基于压溃试验数据验证了数值模型的准确性；校核了DNV规范的压溃压力计算公式，确定了不同水压条件下的厚壁管道径厚比设计范围。 （2）研究了厚壁管道的UOE型制管工艺对管道结构压溃的影响。建立了UOE成型及压溃的一体化三维模拟方法；考虑材料的包辛格效应和约束条件的三维设定，实现了材料子程序的设计开发；开展了模型对比分析，验证了一体化三维模拟方法的可靠性；多角度分析了UOE型管道的成型效果和变形规律；研究了制管工艺对管道抗压性能的影响规律，校核了DNV规范推荐的制造系数，为海底管道极限承载力的评估提供了参考依据。 （3）针对低周循环载荷作用下的厚壁管道非线性屈曲行为，探索了循环弯矩-水压和循环扭矩-水压两种载荷组合的作用规律。设计了复杂载荷试验方案，完成了深海压力舱加载系统的升级改造，开展了循环载荷-水压联合作用下的管道压溃试验，填补了管道复杂加载试验技术的空白；基于椭圆度和应力-应变分析，研究了不同载荷组合下危险加载路径的影响规律，揭示了危险加载路径的作用机理；开展了径厚比、初始椭圆度和轴力等因素的敏感性分析，校核了API规范推荐的复杂载荷管道压溃计算公式。 本文揭示了低周循环载荷作用下厚壁管道的非线性特征和结构屈曲压溃机理，开展了复杂载荷联合试验、理论分析、数值模拟与规范评估校核工作，为海洋工程厚壁管道的设计制造和力学性能评估提供依据和参考。 收起