管道是海洋油气资源开采过程中最主要的运输方式。非粘结柔性管道以优越的力学性能和可设计性成为深水油气资源开发中的关键输运装备之一。非粘结柔性管道的结构主要由金属层和聚合物层组成。金属层包括骨架层、抗压铠装层及抗拉铠装层。聚合物层包括内护套层、外护套层以及金属层之间的防磨层等。非粘结柔性管道结构的主要特点是螺旋缠绕的非粘结多材料复合结构。在环境载荷及浮体运动作用下,各结构层间存在大量接触和滑动,给设计分析带来了巨大的挑战。本文首先对非粘结柔性管道的结构形式以及结构分析的国内外研究现状进行了充分的调研和总结,在此基础上提出一套基于失效模式的非粘结柔性管道设计方法,并建立了一套适合工程应用的设计流程。考虑到深水柔性软管应用中主要承受拉伸和静水外压荷载作用,采用有限元方法建立了非粘结柔性管道的三维精细有限元模型,并对其拉伸及压溃行为进行了数值仿真。采用实验室原型测试的方法,验证了柔性管道抗拉刚度的数值仿真结果。并考虑几何缺陷及材料塑性等非线性因素,对柔性管道的主要抵抗外压的构件骨架层的非线性抗压溃行为进行了模拟分析,并最终根据数值模拟结果得到骨架层抗压溃设计曲线,以指导设计。最后针对南海某1500m水深动态应用的8寸立管,基于所建立的管道抗拉伸及抗压溃有限元模型,给出了抗拉铠装层和骨架层的设计结果。本论文的研究工作主要依托国家高技术研究发展计划(863计划)“深水油气勘探开发关键技术与装备项目“柔性海底管道关键技术研究”(2012AA090314)课题开展。