随着油气管道安全性能的不断提升，采用UOE成型法生产的大口径直缝埋弧焊管被大量应用到油气输送管道工程的重要线路段。UOE工艺主要包括CUO成型、焊接和扩径，其中CUO成型过程分为弯边(也称为C成型)、U成型、O成型工序。UOE成型过程是复杂的弹塑性变形过程，涉及模具和参数众多，各工序之间的关联性较大，且均对最终成型质量有一定的影响。因此，对UOE成型工艺进行有限元模拟，研究工艺参数对成型质量的影响规律具有重要意义。本文通过单向拉伸实验和循环拉压实验，测得管线钢母材的力学性能。基于弹塑性本构理论，分别应用随动硬化和混合硬化模型对实验进行曲线拟合与分析。鉴于管线钢在拉压实验中表现出来的包辛格效应，选择混合硬化模型来描述管线钢的材料力学性能。建立UOE-CUO成型过程三维有限元仿真模型。对分段弯边、U成型、O成型等成型工序进行了三维有限元仿真研究，得到了不同成型阶段的板料构型和应力应变分布，将仿真计算得到的CUO成型质量与实际测量值进行对比，仿真结果与实测数据吻合良好，验证了所建三维模型的正确性。建立预焊合缝过程的三维有限元仿真模型，对预焊工序进行了仿真研究。考虑到辊梁的弹性变形与模型计算效率，采用辊梁滚压模型与辊梁静力模型交替迭代计算的方法，详细的分析了管坯的预焊合缝过程。建立扩径工艺过程的三维有限元仿真模型，对扩径工序进行了仿真研究。将扩径重叠量、扩径头与托辊位置、管端重扩等作为设计变量，考察以椭圆度为主多项指标的变化规律。