FLNG(Floating Liquefied Natural Gas),即浮式液化天然气储存装置,是一种新型的海上浮式LNG生产系统,该系统集成了天然气的液化、储存和装卸为一体,并配合穿梭油轮进行液态天然气的运输。FLNG低温柔性管道可用于液化天然气的传输,是FLNG系统的关键组成装备。金属波纹管作为FLNG低温柔性管道的内衬层,直接与低温传输介质接触,其主要功能为承受内压、密封介质。因此波纹管结构的安全性能至关重要。扭转屈曲失稳是FLNG低温柔性管道内衬波纹管主要的失效模式之一。而目前对波纹管失效模式的研究主要集中在波纹管承受轴向和横向载荷时的强度失效,对波纹管承受扭转荷载时的失稳分析研究依旧不充分,相关行业规范中对此部分内容的规定也相对不够完善;并且低温软管的超低温的操作环境对材料性能有较大影响。本文针对上述问题,考虑钢材在-163℃的材料性能,详细开展了扭转载荷下波纹管结构的屈曲失稳研究,并总结结构设计参数对管道抗失稳性能的影响规律,本文工作具体包括如下3部分。首先,采用等效柱模型对波纹管的扭转失稳行为进行了理论分析。理论分析结果表明波纹管的扭转稳定性与其弯曲刚度正相关。建立了U形波纹管的参数化有限元模型,对比分析了U型波纹管的截面几何参数(波高、波距、壁厚等)对波纹管刚度的影响,总结出相应的敏感性规律。其次,对在扭矩作用下的U型波纹管进行了线性屈曲分析。简要介绍了线性屈曲分析的基础理论,对比分析了波纹管各个结构参数对其临界失稳扭矩的影响规律。同时分析了环形波纹管与螺旋型波纹管的扭转失稳特性。研究结果显示螺旋型波纹管的扭转屈曲稳定性要弱于相对应的环形波纹管,且随螺旋型波纹管螺旋角度的增大,这种趋势也越发明显。最后,考虑几何非线的影响以及超低温工况下钢材的非线性性能,对扭转载荷下的U型波纹管结构进行了后屈曲分析。通过将本文建立的有限元模型得到的分析结果、理论模型结果与文献中的实验结果进行对比分析,表明本文的有限元分析结果与文献实验结果具有一致的屈曲模式和较高的分析精度,一定程度上验证了所建立的有限元模型的适用性。在此基础上,研究了波纹管常见缺陷,如厚度减薄、偏心缺陷和材料弹塑性对波纹管的扭转稳定性的影响规律。发现这些缺陷可能明显降低波纹管的稳定性,特别是螺旋型波纹管在进入弹塑性后屈曲阶段后可能无法继续承载而失效,需要在设计中给予充分的重视。