脐带缆是深海油气开发的关键设备,是整个水下生产系统的“血液神经”,因此需要对脐带缆进行合理设计和精确分析,确保力学性能满足安全要求。目前脐带缆的设计仍是基于安全系数的设计方法,未考虑随机因素的影响,但是由于脐带缆的重要性和应用环境的特殊性,随机性因素是不可忽略的。因此本文将可靠性分析引入到脐带缆设计中,从截面和整体两方面详细介绍了脐带缆可靠性分析与优化设计方法,完善了脐带缆的研究内容。截面设计是脐带缆设计过程中的基础,直接决定了脐带缆的物理特性及力学性能,因此本文考虑脐带缆内部关键构件钢管的尺寸随机性与材料属性随机性,分析在位运行状态下与顶部浮体连接处的脐带缆截面强度可靠性。对于不满足可靠度要求的设计,构建了脐带缆截面强度可靠性优化模型,以可靠度指标为约束对脐带缆截面进行优化设计,对比优化结果发现基于可靠性的脐带缆设计相比确定性设计的脐带缆更具安全性与经济性。针对脐带缆整体极值分析中的局限性,本文应用代理模型方法建立海洋波浪方向,海流方向及浮体位置与整体拉力极值和弯曲半径极值之间的近似模型,以高精度计算量小的数学模型替代原本高度非线性的有限元模型,基于此数学模型考虑输入变量的随机分布规律给出了整体线型极值的可靠性分析方法。考虑到现有整体线型设计过程中参数多,组合工况复杂,且缺乏理性的设计方法,因此,基于前述整体线型可靠性分析方法建立了以极值可靠度为约束,以线型长度为优化目标的优化设计模型,通过智能类优化算法求解给出了更为经济合理的设计方案,解决了传统设计中的难点。最后,依托十二五“863”国家高科技研究发展计划以某海域实用脐带缆为例,应用上述方法对脐带缆进行优化设计,验证该方法相对于传统设计的优势以及有效性。