复杂海洋环境下海底管线极易产生局部悬空现象,悬空管道易遭受外力破坏对海洋油气开发生产有着重大影响。在我国大力发展蓝色海洋战略加大对海洋油气资源开发的背景下,研究海底悬空管线在外部环境作用下的应力分布特性,对管道的维护、治理有着重要的参考指导意义。本文以埕岛油田海底悬空管道为研究对象,从管内多相流流动、管外海洋动力环境作用及悬空长度的多元非线性分析三个方面对管道应力分布特性进行综合分析。研究采用理论解析与数值模拟相互验证的方法,基于Fluent、AutoPIPE软件分析了管道悬空变形对管内多相流流动的影响,根据流场分布解释了段塞流的形成机理并通过理论解析给予验证;计算了管内多相流流动及段塞流对管道应力的影响;针对管外海洋动力环境,计算了海床土体荷载对管的道应力影响,分析了不同风暴工况(波高、周期、流速)、不同地震工况对不同悬空高度管道的应力作用,并通过Fluent模拟验证了AutoPIPE计算的可靠性。综合管道内外荷载影响,拟合管道最大许用悬空长度计算公式拟合,并实现Visual Studio计算界面开发。研究结果表明:管道悬空变形引起管道持液率变化,使得油水界面失稳导致气相高速切入管道下游,并于管道上倾屈曲处剧烈扰动形成段塞;段塞流工况下管道轴向受力高于竖直方向,坡肩与上倾屈曲段管道应力集中过大,具有较强破坏作用。未形成段塞工况时,多相流流动致管道振动的主要原因为脉动压强激励。稳定波浪流工况下,随着悬空高度增大,管道最大等效应力呈下降趋势,但管道下沉过程中也存在应力逆向变化,主要原因为自重因素与海床下凹引起流场变化的影响;管道的环向应力与轴向应力不随悬空高度的变化而改变。通过Fluent与AutoPIPE计算结果对比,阻升力系数误差为5%,验证了AutoPIPE计算结果具有可靠性,满足实际工程需求。同一悬空高度下,波高、流速对管道最大等效应力的影响较波浪周期更为显著;埋地管道最大等效应力变化与地震强度呈正相关性,其中地震横波对管道应力影响较纵波更为明显,但地震对管道埋深影响并不显著。