清管器作为重要的油气管道储运配套设备之一,承担着清洁、探测输油管道的重任。在清管器工作过程中,皮碗和直板起着隔绝清管器两端流体和清洁管壁的作用,其与管壁之间的摩擦接触直接影响着清管器的工作效率,因此对皮碗和直板在与管壁摩擦接触过程中的变形和应力分布进行分析能够为清管作业及清管器的设计提供理论指导。针对目前皮碗变形量无法准确测量的难题,本文采用反求测量的方法对清管器皮碗在管道中的变形量进行了测量,并分别建立了皮碗和直板在直管和挡条三通管道中运行的三维有限元模型,对皮碗和直板的变形量和应力分布进行了研究。本文的主要研究内容如下:（1）根据清管器清管原理,对皮碗在管道中运行时的受力情况进行分析并将皮碗的变形分为周向变形和轴向变形。使用非接触式三维激光扫描仪得到皮碗变形前后的三维点云数据,将得到的点云数据进行边界圆拟合、比对分析后,反求测量得到了皮碗在过盈量为1.15%,2.14%,3.14%和4.16%时的周向变形量和轴向变形量,解决了目前清管器皮碗在管道中变形量无法测量的难题。（2）分别建立了皮碗在过盈量为1.15%,2.14%,3.14%和4.16%时,皮碗在直管中运行的三维有限元模型,利用显式动力学求解器进行模拟仿真计算,得到了皮碗在上述过盈量下的周向变形量和轴向变形量。通过反求测量实验值与模拟仿真计算值进行对比,验证了建立的三维有限元模型的合理性,同时也在清管领域提出了一种新的有限元模型验证方法。（3）分别建立了皮碗和直板在8种不同过盈量下在直管和挡条三通管道运行的三维有限元模型,从变形与等效应力两个方面,对不同过盈量下皮碗和直板的清洁能力与防卡堵能力进行综合分析。在分析皮碗和直板在挡条三通处运行的过程中,提出了“高度差”的理论来分析皮碗和直板的变形量。通过分析发现,直板的清洁能力优于皮碗,而皮碗的防卡堵能力强于直板,无论是皮碗还是直板,在三通与直管交界处的卡堵风险较大。在直管中,皮碗的过盈量需保持在3.14%～6.26%之间,直板的过盈量需保持在4.16%～5.20%之间,若输油管线中存在较多三通,则皮碗的过盈量需小于5.20%,而直板的过盈量需保持在4.16%左右。