社会的发展需要,人们一直通过各种各样的方式来探寻能源,比陆地还大的海洋正在聚集人们越来越多的目光。因此深海的能源开发,成为当代社会重要的课题。海洋立管作为能源的最重要的搬运工,从来没有离开过人们关注的视野。随着人们探索海洋深度的增加,当前传统金属材质复合管表现出一些不适应,复合材料的应用让管道表现出更多的优越性,因此,研究新型复合材料立管对提高我们的深海探索能力十分有意义。本文从海洋立管应用新材料,改善性能的角度出发,以为管道减负为目的,用碳纤维复合材料取代传统立管中的部分金属材质的结构层,形成钢-碳纤维双骨架层结构立管。开始,为探寻碳纤维材料优良的适用性,建立3种管道(金属管道、钢-碳纤维材料管道、碳纤维复合材料管道)模型,分析这3种管道在海况下的力学性能,比较它们的优点和缺点,分析哪种材料的立管更适合用作立管。之后建立钢-碳纤维双骨架立管模型,进行主要功能结构层的基本承载分析,验证结构的合理性,并探究边界条件、碳纤维拉伸层角度、层间摩擦系数、内外压等因素对钢-碳纤维型立管轴对称性能和弯曲性能的影响。完成刚度分析后,对这种双骨架立管进行线性面压稳定性分析,包括立管长度、碳纤维拉伸层角度、层间摩擦系数等因素对径向稳定性的影响。而后针对实际情况,进行引入初始缺陷(初始位移和椭圆度)的非线性径向稳定性分析。通过本文分析发现,钢-碳纤维结构形式管道在3种管道中综合性能最好,适用于当做立管,对于建立的钢-碳纤维双骨架模型立管受拉伸和扭转时,载荷主要由金属内骨架层和碳纤维拉伸层承担,受内外压时载荷主要由两层骨架层和部分碳纤维拉伸层承担。整体上来说,结构层的摩擦和边界状态对立管抗拉伸和抗扭转的影响很小。外压不利于立管抗拉伸,利于抗扭转,内压则相反。碳纤维拉伸层角度往偏轴向改变,则利于抗拉伸,对于立管碳纤维拉伸层角度取50。时最利于抗扭转。立管层间变“粘”,加大内外压,碳纤维拉伸层角度偏轴向会导致弯曲非线性的推后,也降低了它的柔度。碳纤维拉伸层的铺层角度向周向变动和立管的增长不利于管道的径向稳定性。初始椭圆度和位移的存在,造成抗屈服能力的巨大损失,会使立管面向很不稳定。