柔性管道是海洋资源开发的关键装备,被誉为“生命线”。海洋柔性管道种类繁多,不同的应用形式、传输介质、传输距离、承受荷载和结构组成都有所区别。柔性管道大多采用螺旋缠绕形式的铠装层进行加强,满足弯曲方向柔顺性的同时具备足够的轴向与径向的抗力。因此,铠装加强层的承载能力是决定柔性管道优劣的重要指标。国内海洋柔性管道的研究起步较晚,目前仅有少数几家国外公司可以设计并制造出承载能力优异的柔性管道产品,国内应用的海洋柔性管道大多从国外公司购买,采办周期长且价格昂贵,严重制约了我国海洋资源开发领域的发展。本文针对柔性管道在位应用与安装过程中螺旋铠装层极其重要的4种承载能力指标（极限拉断力、最大允许扭转角度、最大径向挤压力、最小弯曲半径）,建立其理论与数值预测模型并通过实验方法验证。进一步研究铠装层的关键参数（如结构形式、材料属性、加工参数等）对承载能力指标的影响关系。本文主要的研究工作及研究成果总结如下:（1）拉伸失效与极限拉断力预测研究柔性管道在位运行或安装过程中会受到自重引起的较大拉伸荷载,易发生拉伸失效。极限拉断力是柔性管道抗拉性能的重要指标,随着管道应用水深的增加,加工过程对极限拉断力的影响不容忽视。针对柔性管道极限拉断力预测的问题,首先分析了抗拉铠装层小角度螺旋缠绕结构受拉伸荷载时截面的应力状态,基于应力状态给出了依据抗拉铠装层结构参数及材料参数预测极限拉断力的理论方法。然后考虑柔性管道的加工过程,量化了加工缠绕张力与缠绕后的钢丝截面内力之间的关系,给出了不同加工缠绕张力下单根铠装钢丝极限拉断力的折减系数,分析铠装钢丝加工过程对管道极限拉断力的影响。最后通过某三层铠装层的螺旋缠绕结构极限拉断力实验,验证了理论预测方法的准确性。提出的理论方法为柔性管道铠装层抗拉设计及缠绕加工过程中关键工艺参数设计提供有益参考。（2）扭转失效与最大扭转角度预测研究柔性管道在应用中会受到扭转荷载引发失效,最大扭转角度是柔性管道抗扭性能的重要指标。极端扭转荷载可能引发多种失效模式,柔性管道层间的相互接触作用导致失效机理复杂,给最大扭转角度的预测带来挑战。针对柔性管道最大扭转角度预测问题,分析了扭转荷载引起的三种可能的截面失效模式:铠装层钢丝强度失效、内层压溃失效及铠装层钢丝屈曲失效。建立了理论模型分析管道的扭转行为,对每种失效模式给出了定量的失效判据表达式。通过综合对比分析,提出了柔性管道截面最大允许扭转角度的保守预测方法。最后对某典型实例柔性管道进行抗扭转性能分析,基于实例柔性管道的扭转实验结果建立了数值分析模型,对钢丝强度失效及内层压溃失效的理论模型进行验证,数值模型的计算结果验证了理论预测方法偏保守。本研究可以为柔性管道抗扭转性能的设计提供有益参考。（3）挤压失效与抗挤压力预测研究柔性管道安装过程中会受到张紧器的挤压作用,抗挤压能力是柔性管道径向承载能力的重要指标。针对安装过程中通过张紧器时的柔性管道抗径向挤压力预测问题,采用曲梁理论分别分析了受平板和“V”型板挤压时,柔性管道挤压力与椭圆度之间的关系。以椭圆度到达3%为挤压失效的判别准则,提出了柔性管道抗径向挤压力的理论预测方法。以某10寸海洋柔性管道为例,建立了三维数值仿真模型分析其受平板和V型板径向挤压作用时的抗挤压能力。开展了实例管道V型板的径向挤压实验,测试其抗挤压能力。通过理论、数值与实验方法的对比,分析了各方法的准确性。提出的理论预测方法可以为海洋柔性管道的抗径向挤压力设计提供理论支持。（4）弯曲失效与最小弯曲半径预测研究柔性管道在存储、安装及在位过程中受到过大弯曲荷载导致破坏,最小弯曲半径是柔性管道弯曲性能的重要指标。极端弯曲荷载可能引发不同的失效模式,给最小弯曲半径的预测带来挑战。针对柔性管道最小弯曲半径预测问题,通过弯曲变形时各结构层承力机制的分析,明确了柔性管道在弯曲荷载作用下的两种可能的失效模式:帘线层强度失效与螺旋铠装层钢丝压溃失效。进而分别针对各失效模式推导了相应的失效判据理论表达式。通过综合对比分析,提出了柔性管道截面允许的最小弯曲半径理论预测方法。进一步以某12寸柔性管道为例,建立了数值仿真模型对其弯曲行为进行研究。通过实例柔性管道的弯曲刚度实验验证了数值模型的准确性。采用验证后的数值模型分析了实例管道的最小弯曲半径,与理论方法的预测结果吻合良好,验证了理论预测方法的准确性。提出的理论预测方法可以为柔性管道弯曲能力设计提供有益参考。本文提出的理论、数值预测模型及得到的结论可以为海洋柔性管道安全、高效的设计与制造提供有力支撑。