一、课题研究的意义和目的 海底石油管线是海洋油气资源开发和利用的生命线，其安全性直接影响着海洋工程的发展和海洋生物的安全。随着深海技术的发展，浮动生产系统(FPSO)，新型的spar平台结构将会得到广泛的应用。在上述结构设计中，海洋立管是连接海底采油设备和浮于海面的浮式结构的输油管道,该系统是重要的组成部分，直接影响着整个系统的可靠性和安全性。由于深海立管受到外环境动荷载的周期性作用，其疲劳破坏是主要的失效方式，因此，研究深海立管的疲劳强度和可靠性分析，为建立基于可靠性理论的海洋立管疲劳强度评估提供理论依据，具有十分重要的理论价值和实际意义。 二、课题研究的方法 本论文的主要研究包括： 1、采用Stokes 五阶波理论、计算流体力学、Morison 方程等理论建立深海立管的动力荷载计算数学模型；根据所研究的载荷形式，支承条件和结构特点，建立立管的力学模型，进行力学分析；采用谱分析法推导出传递函数，利用传递函数由海浪谱确定海洋立管中由波流引起的应力谱； 2、由建立的波、流耦合动力荷载的数学模型，分析立管在波、流耦合动力荷载作用下的动力响应；采用大型专用有限元软件（SESAM软件）建立深海立管的有限元模型，用有限元分析法分析深海立管在波、流耦合荷载作用下的动力响应，进一步获得应力响应幅值； 3、根据应力谱得到交变应力过程的统计特征值(标准差)，选定一疲劳载荷的概率分布模型，确定应力范围的概率密度函数，由S-N曲线建立深海立管疲劳强度的概率模型，确定以Miner线性累积损伤理论为基础的疲劳累积损伤模型，给出深海立管疲劳寿命预报公式。 4、利用概率统计、极限分析等方法，正态分布和Weibull分布函数，建立疲劳失效的可靠性评估方法，给出失效概率和可靠度的计算公式；采用一立管实例进行可靠性分析，分析各随机变量对可靠度的影响。 三、课题研究的结论 1、本文用基于线性波和斯托克斯五阶波两种方法，分别求得了立管上的波浪力和随机波浪力谱，得到了波浪谱密度函数到波浪波浪力谱的传递函数，为进一步求得立管的应力谱作了基础。 2、本文主要介绍水下立管在波浪、流等环境载荷作用下的动力分析，求解了立管在波浪、流等环境载荷作用下的位移响应、速度响应，弯矩、轴向张力和应力的时间历经并分析了立管在波浪与流作用下各节点位移响应、速度响应，张力、弯矩和应力的时间历经，较真实的模拟了立管各节点位移、速度，张力、弯矩和应力的瞬时值，用于工程计算是可行的。 3、本文主要针对线性波浪理论，推导出深海立管所受的应力谱及其疲劳寿命计算公式，并通过一算例用SESAM软件计算出在波浪及波浪和流共同作用下深海立管不同接点处所受的力、弯矩及疲劳寿命，并利用图形及列表的方式来比较了结果。计算结果表明，立管可靠性分析中诸多随机变量中，恒载服从正态分布；构件抗力服从对数正态或正态分布。在海流的作用下，即使速度不大，深海立管所受的影响也不能忽略。