随着深海油气资源的逐步开发,海洋立管的应用领域也从浅水走向深水。钢悬链线立管(SCR)系统由于其低廉的成本和对工作环境较强的适应性,在深水和超深水油气开采中具有独特的优势,近些年来,它已成为深海远海平台的首选立管系统。钢悬链线立管受力情况复杂,在海洋环境载荷和顶部浮体运动的共同作用下,立管触地段与海床土体会产生不断的相互作用。这种持续的接触效应会引起海床土体的液化和塑性变形,进而形成沟渠。同时,随着水深的增加,海流对立管的影响也越来越大,除了会使得直接作用在立管上的拖曳力增大外,还会产生涡激振动的现象。不论是管土接触作用还是涡激振动,都会使立管产生较为严重的疲劳损伤,进而对整个海洋平台的安全性和可靠性产生不利影响。针对这一热点问题,本文采用数值分析方法,对悬链线立管整体动态响应进行模拟,进而探究悬链线立管管土接触效应以及涡激振动的规律,并对疲劳热点区域的疲劳寿命进行预报,对影响疲劳寿命的主要因素进行敏感性分析。论文主要研究内容包括以下几个方面:针对钢悬链线立管在铺设、安装和作业过程中与土体的复杂接触,产生的管线外载荷诱发的管线强度问题,采用非线性有限元软件ABAQUS对管土接触过程进行数值模拟。基于ALE自适应网格技术和修正硬接触算法模拟悬链线立管初次贯入、管线回弹与脱离的全过程,并对触地管线贯入和回弹过程中的主要影响参数进行分析。数值模拟结果与挪威岩土工程研究院的大尺度试验结果一致,能较好地反映土体抗力和吸力的产生和释放过程,验证了数值分析的可行性。参数分析结果表明摩擦角和粘聚力对管土间的接触作用有显著影响。基于Randolph和Quiggin提出的非线性双曲土体刚度模型,建立“浮式平台—立管—海床”的整体动响应计算模型,分析了浮体偏移、土体抗剪强度、土体吸力、非线性海床模型参数等对深水钢悬链线立管触地区动力响应的影响。重点考察不同工况下,触地区沟渠形状的变化以及对管土作用的影响。在此基础上,对悬链线立管的疲劳热点区域进行疲劳寿命的预报,考察影响疲劳的主要因素,并进行参数的敏感性分析。采用Iwan-Blevins尾流振子模型模拟悬链线立管在不同流场下的涡激振动现象,并对涡激振动下的管土接触作用进行了研究。考察了涡激振动对立管疲劳寿命的影响。结果表明海洋流剖面形状对立管涡激振动特性和由其激发的管土作用有重要影响。本文针对深海管线在复杂海洋环境下的动力响应及疲劳分析研究工作,可为深海立管的设计与结构安全性评估提供一定的参考。