油气管道在介质内压、材料性能劣化、环境腐蚀、施工干扰、热膨胀等因素的作用下,管道壁上造成的尚未形成宏观体积缺陷的应力集中对管道承载能力有影响,目前的油气管道检测技术主要包括漏磁、超声、磁记忆等,但这些技术尚不能直接在线无损得到油气管道壁的应力,难以对管道在达到弹性破坏之前进行安全预判,也很难避免管道在长时期荷载作用下发生服役应力超限的突发性事故。相关研究表明,应力能够诱发铁磁材料的磁畴结构运动发生变化,从而使在役铁磁构件的磁感应发生变化,基于这种应力和磁感应耦合效应的应力检测理论受到了学术界和工程技术人员的重视,其中,建立应力和磁感应耦合关系的理论模型是关键的科学问题之一。因此,本文分别对地磁和外加磁场作用下,油气管道的应力与磁感应耦合效应的机理进行研究,通过理论分析、仿真模拟和试验研究建立油气管道应力-磁通量耦合本构模型。主要研究内容如下:首先,研究了油气管道复杂应力的分布情况。管道在受介质内压时,通过理论分析和计算,探讨了径向应力、周向应力和环向应力的定量化关系及应力诱发铁磁性材料磁畴结构的变化规律,基于J-A理论模型,研究复杂应力作用下的磁力学本构模型。其次,通过建立油气管道的三维有限元模拟计算模型,分多种工况探索在地磁场作用下,应力诱发油气管道材料产生的感生磁场对磁通量信号的影响规律。同时,对油气管道施加磁场,研究不同外加磁场作用下磁化强度改变对管道磁通量信号的影响。最后,基于有限元仿真模拟分析,分别研究地磁场和外加磁场环境下不同内压荷载的应力和磁通量的定量关系,建立应力-磁通量本构模型。建立包括电磁感应装置、磁通量测试仪器、加压设备、应力传感、数据分析等模块的压力管道模型试验平台,并通过开展X80输油气管道模型应力、磁通量测试试验,对油气管道应力-磁通量的本构模型关系进行验证。研究表明,受内压作用的油气管道模型的磁通量信号与应力有较好的线性相关当应力不变时,磁通量信号随外界磁场的增大而增强。本文建立的应力-磁通量耦合模型能为输油气管道的应力在线无损检测提供理论依据和技术支撑。