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随着全球经济的高速发展及不可再生能源的消耗,海洋油气资源的开发不断向深海迈进。作为深水及超深水海底管道铺设的主要方式之一,卷管法相比其他铺管方式有着明显的优势,而我国卷管法铺管目前还处于起步阶段,发展卷管法铺管已迫在眉睫。卷管法铺设过程中管道承受的反复大塑性变形对管道及环焊缝的性能造成了不利的影响,发展卷管法铺设技术首先必须解决管道及环焊缝弯曲性能模拟及弯管性能评价等问题。针对上述问题,首先为测试管道及环焊缝的弯曲性能,需要研制大型全尺寸弯管模拟试验装置;其次通过有限元分别模拟了管道弯曲过程中推程大小、母材与焊缝匹配关系、管道本构关系σ=Kεn中应变强度系数K和塑性硬化指数n、管径大小、径厚比以及弯曲压头半径对管道弯曲行为的影响;最后通过有限元模拟管道屈曲时的应力应变行为,以及管径、径厚比和管道内外壁压力对管道弯曲屈曲行为的影响。获得的主要结果如下:研制出大型全尺寸弯管模拟试验装置,能使试验管道最大应变达到5%。有限元分析结果表明等匹配焊接适合弯管试验,而低匹配和高匹配不适合弯管试验;推程、管径和径厚比的增加使管道弯曲过程中应力应变增加;应变强度系数K,塑性硬化指数n和弯曲压头半径的增加使管道弯曲过程中应力应变降低。管道弯曲屈曲有限元模拟结果表明在本弯曲模拟试验装置参数下,临界屈曲曲率半径与管径的关系式为Br=2643.3+9.84×D,屈曲应变与管径的关系式为St=-0.006+3.84×10-4×D;临界屈曲曲率半径与管道壁厚也存在关系式为Br=12646-441.7×Th,而且管道的屈曲应变随壁厚的减小而降低。另外,模拟结果还表明管道承受外压条件下发生弯曲时,局部屈曲更易发生;而管道承受内压的情况下发生屈曲时,局部屈曲的内凹变小,但在内凹两侧出现鼓包。上述有限元模拟结果可为下一步利用弯管模拟试验装置进行全尺寸含环焊缝管道的弯曲试验提供指导。