深海海底管线的工作环境复杂,长期受到波、浪、流的作用,面临地震、海冰、海床滑移等极限荷载的考验。同时,海底管线在长期的运营中结构发生腐蚀、老化、蠕变等灾变情况。海底管线一旦破坏,对海洋环境和生态的影响是灾难性的。因此,全寿命安全服役对于海底管线工程尤其重要。确定海底管线服役期的可靠指标,是完成可靠度设计和风险管理的前提。围绕这个主题,本文针对在研的海底管线课题开展可靠性研究。论文的工作思路为：首先从基础的逻辑方法着手,分析一些常用方法的不足,提出新概念和新方法,建立新的逻辑拆分系列规则,解决主客观不一致、主观扰动性大的经典型问题；通过这些规则创建“延展树”系列模型,重新识别海底管线全生命周期可靠度设计中的风险因素。对模型进行定性、定量及敏感性分析,并对结果进行对比分析；集合能量的概念,创建新的“能量功能模型”,全面分析结构所承受的能量,弥补了传统可靠度设计中功能流模型忽略能量的不足；引入新方法设计海底管线复合超强度寿命实验,暴露可靠度设计中的薄弱环节,突破了传统试验中只注重寿命预测和应力研究的局限；最后,建立了适用于高能复杂系统可靠度设计的通用模型,以拓宽理论及模型应用,并通过对多个工程领域实际案例的讨论,提出针对复杂系统失效的攻破策略,从而证明了本文对工程/系统可靠度设计理论及模型应用的普适性及完整性。论文主要内容如下：1.通过对逻辑方法的深度思考,建立新的五个拆分规则,并以此理论为基础,创建了“延展树”系列模型。运用不同的思考方式,系统、客观的办法,对被拆分对象进行横向和纵向的“双重锁定”。解决了传统可靠度设计逻辑方法中定性分析的经典问题,即主观扰动大、层次不清、因素重叠混淆、拆分不彻底、基元素不可控等。文中以海底管线可靠度风险评估为例,建立“失效延展树”模型,对其进行定性和定量分析。由于新方法遵循的拆分规则,“延展树”系列模型极大的简化了定量计算的复杂程度,并将该模型得到的结果与原逻辑树方法的结果进行了对比总结和讨论。2.建立了海底管线可靠度设计的“能量延展树”模型。该模型着重研究海底管线在疲劳损伤期所经受的内部能量、外部能量及内外差异能量。此外,在确认内部能量时,新建了“能量功能模型”,沿着系统功能流向揭示能量在其内部子系统之间的流失、转化及传播方式。该模型一举三得：双重确认“能量延展树”中内部能量被全部覆盖；为系统内部能量的来源提供依据,指导可靠度设计；为复杂系统可靠度失效提供潜在中断策略点。它是对经典功能流模型方法及意义的补充和升级。3.将上述的两个模型得到的能量列表,输入到复合环境超强度寿命实验(MEOST)中。与非传统方法中的寿命估测或能量模拟不同的是,该实验以揭示设计中的薄弱环节为首要目的。文章综合阐述了该方法的优势,包括移植到土木工程领域的具体原因及方法。4.在研究过海底管线结构基础上,建立了专门解决复杂系统可靠度设计的“通用能量延展模型”,进一步拓展理论和应用,通过分析现有攻破策略,列举了多个复杂系统的案例,提出新的中断攻破策略,以防止复杂系统可靠度失效带来的灾难性后果。“通用能量延展树”和“能量功能模型”的结合为设计者提供事故链中断点及其组合。由此,呈现了本文对系统可靠度设计方法研究的完整性。