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在深海油气开发中,管道作为连接各个开发装备的“生命线”,是深海油气开发的关键装备,膨胀弯是海底管道与基盘管汇和平台等海底结构物支架的一段过渡管线,其通过吸收海管因热胀冷缩导致的膨胀量,补偿海管长度的变化,对海管进行了有效的保护。近年来,柔性膨胀弯由于其特有的力学特性,得到了越来越广泛的使用,但是,其复杂的结构组成给柔性膨胀弯的设计和分析带来了新的难题。基于以上背景,本文研究了柔性膨胀弯的力学特性及其附属结构的疲劳问题,主要包括:1、介绍了柔性膨胀弯及其附属结构的组成,对各层的结构和具体功能进行了说明,阐述了柔性膨胀弯截面力学特性的国内外研究现状。2、基于能量法推导出了柔性膨胀弯的轴对称响应分析理论模型,其中,圆柱壳层的轴对称响应分析采用厚壁理论来计算,通过能量守恒定律计算螺旋层轴对称响应分析,进而得到轴对称响应总平衡方程。在弯曲响应分析过程中,通过能量守恒完成未滑移阶段柔性膨胀弯螺旋层的弯曲理论分析,在对螺旋层部分滑移和完全滑移两个阶段的弯曲理论分析过程中,考虑弯曲引起的张力以及曲率变化得到螺旋层最终得到柔性膨胀弯的弯矩-曲率关系。根据推导得到的理论模型展开计算,并将计算结果和试验结果进行比较,验证本文理论模型的正确性。3、基于数值分析软件Orcaflex对渤海某油田柔性膨胀弯进行整体分析,在整体分析中,根据工程设计的角度讨论分析需要输入的环境参数,确定相应工况,基于本文中的理论模型对柔性膨胀弯进行界面特性计算,完成了对柔性膨胀弯全寿命周期内的整体分析,对比了环境变化和海生物等对柔性膨胀弯总体响应的影响。4、利用规则波法对柔性膨胀弯附属结构BSR进行了疲劳分析,利用Orcaflex建立包含有BSR的分析模型,并对其进行动力响应分析,得到该BSR疲劳裂口处的应变响应时程曲线。最后基于BSR的ε-N曲线和Miner线性累积损伤理论,对BSR进行疲劳寿命计算并分析BSR损坏原因。