复合电缆作为电缆展开式电潜泵系统(简称CDPS)的关键构件,它以螺旋缠绕的纤维束作为增强结构并采用聚合物进行叠加包覆。这种特殊的结构能够实现电力传输、液压控制以及泵机设备的悬挂,可代替油管起下电潜泵,悬挂电泵即可投产,极大提高采油速度,缩短检泵工期,降低作业费用。目前,复合电缆的设计制造主要依靠经验以及试验结果,无法从理论模型及数值分析上提供科学的预测和指导,严重制约着复合电缆及CDPS系统的发展。因此本文针对复合电缆力学性能进行了深入研究,主要研究内容如下:(1)基于国内外调研和系统作业工况,对复合电缆进行了截面设计,完成材料选择、结构参数和电气参数计算。然后根据电缆结构特点,提出电缆生产工艺方案流程。(2)对复合电缆典型作业过程进行分析,基于复合材料细观力学建立电缆关键力学行为下的理论模型,研究各层材料弹性特性,并基于多层应力分配法对电缆结构层次的本构关系进行探讨,提出电缆轴向刚度计算公式,分析了夹持状态下电缆受力情况,并对系统极限拉伸载荷进行估算,提供了快速计算复合电缆应力变形的理论方法。(3)对复合电缆材料的基本力学性能进行测试试验,通过轴向粘结滑移试验,分析电缆内部界面性能,针对电缆两种关键载荷,分别设计了水平拉伸试验以及夹持试验。试验表明,理论分析方法具有可靠性,并为数值建模提供指导。(4)根据复合电缆结构特点建立在关键载荷下的数值模型,并与试验和理论计算结果进行对比,结果表明,数值模型中载荷和边界条件设置合理。同时,运用数值手段可得到复合电缆在各种工况下的力学性能变化规律以及应力应变情况,证明了电缆结构的合理性和可靠性。通过本次研究,完成了一套CDPS用复合电缆的设计,提出了针对电缆结构的理论研究方法,进行了电缆材料以及关键力学行为的试验研究,并采用数值手段进行建模分析。研究表明,理论方法及数值模型与试验相吻合,所设计的复合电缆能够满足载荷要求,同时为复合电缆的设计和优化提供了有效的研究方法。