海洋立管是连接海上平台和海底油井的关键设备。海洋立管在安装和实际作业过程中受到外部环境动载荷的作用,长期面临着疲劳失效的风险。立管的疲劳损伤主要是由所受的各种交变应力引起的,这些交变应力使立管内部和表面产生裂纹并发生扩展,最终造成立管的疲劳断裂,可能导致严重的生产事故。为了准确预报并提高海洋立管的疲劳寿命,需要进行疲劳性能分析,并进行相关疲劳试验,由疲劳试验所得参数预测立管的疲劳寿命,进行立管的抗疲劳设计。立管实尺度疲劳试验克服了之前模型试验的缺点,消除了尺寸效应、残余应力等的影响,更真实地反映了立管中裂纹扩展的实际情况,得到了广泛的应用。立管测试中较通用的做法的是轴向拉伸疲劳试验和共振弯曲疲劳试验,前者主要用于立管的材料试验,后者主要应用于立管的结构试验。本文研究的内容主要包括以下几个方面:1)调研了国内外立管全尺寸疲劳试验的技术现状,概括各疲劳试验方法和试验机的优缺点,并汇总国外已进行的立管全尺寸疲劳试验结果,为之后的疲劳试验方案设计提供技术参考。2)运用ANSYS有限元分析方法对立管进行结构分析,研究海洋立管在海洋环境载荷中的响应,从应力和形变角度对立管静强度及疲劳性能进行分析,模拟分析结果将为物理模型试验提供数据参考,并与疲劳试验最终结果进行对比,检验试验的可靠性。3)在国内外立管全尺寸疲劳试验基础上,参照相关规范设计出一套疲劳检测方案。试验方案设计包括试验加载方式设计、试验参数计算、试验具体流程、试验数据的获取与处理、疲劳寿命计算与预测以及试验过程的实时监测。疲劳试验完成后进行解剖试验用于结构的破坏特征和破坏机理分析。4)参照API 17B、API 17J等相关规范,设计出实现前述方案的试验机。用三维制图软件Inventor做出试验机的模型,将模型导入Ansysworkbench,对试验机各部分进行有限元分析计算,分析主要包括模态分析、静力分析、疲劳分析,确保试验机满足疲劳试验的强度、刚度和疲劳的要求。