我们知道海洋管道在海洋油气的运输当中起着十分重要的作用,海洋管道是十分脆弱的,所以其也是容易受到损坏的部件。当海洋管道的使用时间越来越多,那么由于各种因素造成的管道上的缺陷就会越来越多,管道就会逐渐进入到一个事故多发的阶段。海洋中的环境是非常复杂的,如果管道不幸发生了泄漏事故,轻则会造成巨大的生态破坏,经济也会遭到重大损失,重则还能致作业人员的伤亡;海洋生态环境还会由于原油的泄漏造成严重的污染,并且在短时间内难以恢复。正因如此,海洋管道的安全性受到了业内人士的广泛关注。我们可以把海洋管道失效的主要原因归结为三个,分别是疲劳破坏、腐蚀破坏以及机械损伤。在实际的生产与活动当中有着大量的第三方活动,这些活动可能会对海洋油气管道造成损伤,比如海底油气管道会受到抛锚或者船用拖网的拖拽或者坠落物的撞击;同样的,立管也有可能会受到各种设备的撞击。近年来,随着深水浮式生产系统(FPS)开始广泛使用,这些受到损伤的立管也同样引起了科研人员的关注。这些由于第三方活动而造成的机械损伤,主要是会对管道造成凹坑缺陷,所以本文将会对这些凹坑的结构行为以及应力集中进行分析,希望能对海洋油气管道在碰撞性方面的设计以及管道上凹坑缺陷的安全评估有一定的帮助。本文首先提出了海洋管道凹坑缺陷的概念,对其进行分类然后在介绍了研究方向,对于海洋管道的凹坑缺陷,给出了一个大体的认识;然后又介绍了API的推荐评估公式;因为在后续凹坑的分析中所涉及到的方面有材料非线性、几何非线性还有接触非线性,所以采用了非线性有限元的方法进行建模后计算并加以分析。本文采用的有限元分析软件为常用的ABAQUS软件,首先建立的模型为直径为244.5mm的薄壁圆管,然后分析其在简单支撑条件下受到球型刚性压头施加位移载荷挤压后的结构行为,通过多因素分析,并将得出的结果与经典公式Ellinas碰撞评估公式作对比,通过比较得出的结果表明,随着薄壁圆管的长度直径比L/D的不断增加,圆管模型的局部凹坑和整体弯曲的耦合作用十分明显,圆管的承载能力不断减小;随着薄壁圆管的直径厚度比D/t的减小,薄壁管道局部的承载能力上升;随着管道内压的不断增大,管道承载能力有所上升,但是管道内压数值的持续上升也加速了管道的失稳;同时本文还探讨了混凝土配重层对管道的影响,随着混凝土配重层厚度的增加,管道的承载能力上升,但是当混凝土配重层厚度达到一定数值的时候,管道的承载能力上升势头会相对减小。最后进行了敏感性分析,通过正交试验法建立正交表,然后利用极差法计算得出在以反作用力RF(Reactive Force)为指标下各因素的敏感性,从大到小依次为管道径厚比D/t,混凝土配重层厚度,管道轴向长度L,管道内压。接着在上文海洋管道的结构行为分析建模的基础上,通过圆柱形的压头对直径为500mm海底管道施加位移荷载,使其在管道上生成了轴向平滑凹坑缺陷,并且在没有考虑残余应力的情况下对平滑轴向凹坑缺陷进行了相关的应力分析。在多因素分析中分别讨论了凹坑深度、管道的径厚比、圆柱形压头轴向长度以及直径等参数对凹坑缺陷的应力集中系数造成的影响,并利用Excel软件和1stOpt对所得出的数据进行了拟合,给出了凹坑深度比和应力集中系数的公式,由于在凹坑的环向宽度以及轴向长度难以定量,所以在不考虑以上两个因素的情况下,计算出了平滑轴向凹坑应力集中系数和凹坑深度、径厚比以及压头轴向长度的数学关系式。同样在最后进行了敏感性分析,在以应力集中系数Kt为指标下各因素的敏感性从大到小依次为压头轴向长度、凹坑深度、径厚比和压头直径。