脐带缆是水下生产系统不可或缺的关键设备,主要由输送气体和液体的中空管、用于传输电力和信号的电缆光缆、铠装钢丝、聚酯护套和聚酯填充物组成。所谓钢管脐带缆,是主要用钢管进行气液传输,并作为主要承力构件的连接缆。钢管脐带缆因其刚度大,内部构型复杂,构件之间存在大量接触和摩擦等非线性因素,导致对其进行力学分析变得困难。本文以中国南海某FPSO水下生产系统应用为背景,完成了脐带缆的方案设计,并对钢管脐带缆的局部力学性能进行了分析。论文首先对国内外脐带缆的研究,尤其是非线性有限元分析在脐带缆方面的应用做了详细的总结整理,较系统地掌握了脐带缆设计和力学分析方法。围绕中国南海某FPSO实际工程需求,采用失效模型完成了脐带缆的方案设计。其次,考虑了脐带缆结构的非粘性和多层缠绕特点导致的内部构件之间存在大量的接触和摩擦等非线性因素,加之脐带缆承受的环境载荷特点,通过ABAQUS有限元软件对设计目标进行了局部强度分析。本文建立了目标脐带缆的全三维模型,充分考虑缆体内部构件之间的接触摩擦,克服了以往分析对模型大量简化的缺点,重点研究了钢管脐带缆的拉伸与弯曲力学性能,总结了钢管脐带缆的强度响应规律。同时,在设计分析过程中探讨并发现影响钢管脐带缆设计和强度分析的重要参数,并细致地完成了这些参数的敏感性分析。最后,考虑FPSO浮体和脐带缆的耦合模型和所在海域的海况条件,完成了脐带缆的总体水动力分析,得到脐带缆关键部位的轴向拉伸和弯曲受力,完成脐带缆的结构强度校核,评估了脐带缆的设计方案。通过对脐带缆强度的力学分析表明,内部钢管的螺旋角度、铠装尺寸、模型边界条件设置和径缩对钢管脐带缆的拉伸性能有显著的影响;螺旋角度、摩擦系数和外压对于脐带缆的弯曲性能有较大影响。论文研究表明,在钢管脐带缆重要参数理解的基础上,通过耦合水动力分析才能更有针对性地评估设计方案的有效性。