近年来,随着科学技术的进步,人们对海洋油气资源的勘探开发已然从浅海走向深海甚至超深海。作为海上油气生产的大动脉,立管系统在海洋油气资源开发中占着举足轻重的地位。目前在役的深水平台经常采用的立管形式主要有顶张力立管、钢悬链线立管和柔性立管,顶张力立管顺应性较差适用深水有限,钢悬链立管触地点处的疲劳问题突出,而柔性立管的造价成本昂贵且不适应内部高温高压的生产条件,因此急需一种概念新颖的立管形式。顺应式垂直通路立管是目前处于研究刚起步的立管形式,它不仅具有较好的顺应性,又由于其垂直连接油井,可以直接从浮式平台上执行对油井的多种操作,大大节约了作业成本。本文首先推导了顺应式垂直通路立管的力学模型,基于虚功原理和变分原理,采用更新的朗格朗日坐标系,充分考虑了立管的几何非线性,并参考内部流体对圆管形构件的作用,将流过立管内部的高温高压流体引入到力学模型中;根据所建立的力学模型,设计并编制MATLAB静力分析有限元程序。然后采用多岛遗传算法以应力幅值和减重为目标对立管结构参数展开多目标优化研究,并用非支配排序遗传算法求得优化问题的Pareto前沿。最后基于第一次优化的Pareto前沿对浮力块参数展开以优化应力和减小浮力块总体积为目标的进一步优化设计。研究表明,本文建立的力学模型能够用来分析顺应式垂直通路立管的力学特性,立管的两端和浮力块区域属于高应力区,海流和浮式平台的偏移对立管的几何位形和应力影响显著,在其他条件不变情况下,浮力块宜布置在立管靠下区域;内流的作用主要表现在立管的有效张力上,随着流速的增加,立管有效张力减少,对于处于深水的CVAR易被激发高阶模态振动;引入精英机制的多岛遗传算法性能优良,种群多样性较好不会使种群朝着局部最优方向进化,并且能很快使问题收敛于最优解;立管经过两次优化设计以后,达到了使立管减重和降低过渡段浮力块总体积的目标,CVAR几何构型得到明显改善,立管的最大应力也有所降低,尤其是高应力区的关键节点处,应力和应力幅值均降低明显;本文采用的非支配排序遗传算法能够快速准确的求得立管优化问题的Pareto前沿,为决策者提供更多的优化结果选择。