柔性立管作为海洋油气生产系统中的运输通道,其失效将对整个海洋环境以及整个海洋油气生产系统带来巨大的危害和经济损失。柔性立管结构复杂,各层是按照一定顺序进行非黏结装配组成,并且层间可以存在缝隙,在外部载荷作用下,柔性立管聚合物层会表现出粘弹性的力学特性,所以柔性立管一直以来是工业界和学术界研究的热点。在2013年OMAE会议上,挪威国家石油公司的研究团队针对柔性立管内部骨架层承受过大的轴向力引起的撕裂问题进行了详细的说明,因此对非黏结柔性立管骨架层轴向力学分析具有重要的工程意义。论文通过分析骨架层的轴向撕裂机理,从理论建模和有限元数值模拟两方面展开对骨架层轴向力学特性进行以下研究:(1)建立柔性立管在轴向载荷作用下线弹性理论模型,将骨架层外部的内衬层等效为厚壁圆筒,通过弹性-粘弹性对应性原理,推导出内衬层的轴向力与轴向变形的粘弹性筒控制方程。并且考虑温度沿内衬层径向变化,利用时间-温度等效原理求解出内衬层中的轴向力。(2)对内衬层与骨架层接触模型进行简化,利用ABAQUS模拟仿真内衬层在长时间(二十年)外压作用下挤入骨架层沟槽的形态,并分析骨架层沟槽距离、外压压强、内衬层厚度对内衬层粘弹性的影响规律。(3)在内衬层挤入骨架层沟槽的形态下,建立骨架层与内衬层的三维装配模型,考虑内衬层与骨架层之间的接触摩擦和层间空隙,分析内衬层产生的轴向力对骨架层”S”型截面的应力分布和轴向变形的影响,并且考虑骨架层等效重力,模拟出骨架层轴向撕裂形态。同时,在忽略内衬层的情况下,直接对骨架层端部施加轴向力,运用能量守恒原理计算出骨架层在轴向载荷作用下的摩擦损失,为柔性立管骨架层的工程应用设计提供理论依据和技术支持。