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钢丝缠绕增强塑料复合管(简称PSP)是一种新型的复合管道。它是以高密度聚乙烯(简称HDPE)为基体材料,以高强度的钢丝左右缠绕成网状骨架为增强体,用高性能的热熔胶将钢丝和HDPE紧密地粘结在一起。PSP结合了钢丝的高强度和HDPE耐腐蚀的特性,被广泛地应用在海洋、石油、化工和市政等领域。PSP应用在海洋条件时将受到复杂载荷的作用,除了受内压作用,还会受到坠落物撞击、船只拖网、抛锚拖曳和波浪冲击等弯曲载荷作用,并受温度等因素的影响。因此内压和弯曲是海洋工况中典型的组合载荷,当组合载荷超过PSP的承载能力时,PSP将发生失效,并造成经济损失和生态破坏。而过往研究中仅分别对PSP承载内压和弯曲进行了相关研究,没有考虑到PSP承受两者联合作用的情况,且尚无复杂载荷条件的试验装备。因此内压和弯曲联合作用下PSP的力学性能研究很有必要,对PSP的安全应用和工程设计具有十分重要的意义。本文在国家自然基金"基于粘弹性损伤模型的聚乙烯管材慢速裂纹扩展机理研究"(项目编号:51575480)和"聚乙烯管道电熔焊接接头超声检测特征线的形成机理研究"(项目编号:51305394)的支持下，对内压和弯曲联合作用下PSP的力学性能进行试验和有限元研究,主要完成的工作如下:(1)针对海洋复杂载荷条件和聚乙烯温度相关、率相关的材料特性,提出试验装备的功能:装备可对试样管施加内压和弯曲载荷,并能控制温度和弯曲速率;根据功能要求设计装备的结构,分别从机械结构、液压回路和测试系统方面进行设计;机械结构方面,实现将试样管自动移到水箱内的过程;液压回路方面,分别设计液压回路以实现多功能弯曲加载;测试系统方面,通过估算确定加载油缸的最大载荷等参数;根据设计方案组装和搭建试验装备;装备的设计方案获国家发明专利授权。(2)开展室温下(20℃)PSP的内压和弯曲组合载荷试验,试样管失效前发出密集钢丝断裂声,最后试样管破裂并喷射出大量水;将破口处的外层HDPE剖开,可看到10根钢丝发生了断裂,将钢丝断裂作为PSP的失效判据;根据弯矩-位移曲线图可知弯矩呈先增大后减小的趋势,得出极限弯矩和失效位移;通过计算内压降低率以表征PSP在弯曲过程中体积增大的程度;开展其他不同温度下(40℃和60℃)PSP的内压和弯曲组合载荷试验,得到不同温度下PSP的极限弯矩、失效位移和内压降低率,结果显示:温度越高,则极限弯矩越低、失效位移越小,而内压降低率基本不变。(3)根据试验加载和接触条件建立PSP有限元模型;比较试验和有限元的弯矩-位移曲线,两者平均相对误差为4.4%,从而验证有限元模型;计算不同加载位移下的抗弯刚度,结合弯矩-位移曲线,分析PSP在不同阶段下的弯曲过程,得出极限弯矩;根据HDPE和钢丝的应力云图并结合试验结论,将钢丝断裂作为PSP模型的失效判据,计算PSP失效时的曲率;分别计算仅受内压作用、仅受弯曲作用和内压弯曲联合作用下钢丝的应变,分析组合载荷之间的关系;分别计算不同温度和内压下的极限弯矩,拟合二元线性回归方程;讨论钢丝根数和缠绕角度对极限弯矩的影响;分别建立不同工作压力规格和不同管径的X70钢管、X80钢管和PSP有限元模型,讨论不同类型管道的抗弯能力。PSP抗弯能力的分析和影响因素的讨论对管道参数设计和工程应用有指导意义。