非粘结柔性立管是连接海上浮式采油设备和水下生产系统的运输管道,是整个水下生产系统的重要组成部分之一,在海洋油气开采中扮演着至关重要的角色。随着油气开发逐渐进入更深的海域,为了满足使用要求、提高运输能力,需要长度更长、管径更大的非粘结柔性立管,但立管的重量会随之增加,加上海水的腐蚀作用,使得非粘结柔性立管的使用受到限制,也制约着深水油气的开发进程。由于现今材料科学的巨大发展,利用复合材料代替传统碳钢以制造非粘结柔性立管的抗拉铠装层,是一个极具发展价值的思路。复合材料密度小、耐腐蚀性好、抗疲劳性强,在保证强度可靠的前提下,能够有效的降低非粘结柔性立管的整体重量,并使得抗拉铠装层具备复合材料良好的耐腐蚀性能和抗疲劳性能。论文针对提出的复合材料抗拉铠装层非粘结柔性立管,对其在弯曲载荷作用下的弯曲响应,从理论建模和有限元仿真分析两个方面开展研究。主要的研究内容如下:（1）基于前人的研究,将整个非粘结柔性立管弯曲过程分为无滑移阶段、部分滑移阶段和完全滑移阶段,针对这三个阶段,利用微分几何方程和能量法分别计算出了三个阶段螺旋条带的弯矩和弯曲刚度表达式,并利用Darboux标架建立螺旋结构的空间坐标系,得到非粘结柔性立管弯曲时螺旋条带曲率和挠率的变化量,从而推导出了螺旋条带局部弯曲和扭转对非粘结柔性立管螺旋层弯曲刚度的贡献量,建立了传统钢制抗拉铠装层的弯曲响应分析模型。考虑复合螺旋条带的各向异性,得到了复合材料抗拉铠装层的弯曲响应分析模型。通过将各层的弯矩和弯曲刚度叠加,建立了整个非粘结柔性立管的弯曲响应分析模型。（2）在ABAQUS中建立传统钢制抗拉铠装层和复合材料抗拉铠装层两类非粘结柔性立管的三维有限元仿真模型。对骨架层和抗压铠装层进行了简化,分别利用理论模型和有限元数值模型计算了两类非粘结柔性立管在弯曲载荷作用下的弯曲响应,与已有的模型和试验结果进行了对比分析,验证了理论模型的有效性和可靠性。通过将两类非粘结柔性立管弯曲刚度进行比较,探讨了使用复合材料替换传统钢制制造抗拉铠装层的优势。（3）针对影响复合材料抗拉铠装层非粘结柔性立管弯曲响应的内、外压力、摩擦系数、螺旋角和复合材料,研究了其对非粘结柔性立管弯曲响应的影响规律,这些参数会影响非粘结柔性立管的初始弯曲刚度、临界滑移曲率、非线性过渡段和完全滑移阶段弯矩,但对于完全滑移阶段弯曲刚度影响较小。对于弯曲载荷作用下的复合材料抗拉铠装层条带中的弯曲应力进行了分析,并得到了复合螺旋条带上不同位置处的最大的局部弯曲应力。