管道化灌溉网络建设是我国农业节水灌溉领域重要的发展方向。管道建设广泛采用塑料管。但是有大量研究与实践表明塑料管道抗水锤正压的能力远大于抗水锤负压的能力,实际输水管道破坏案例中有相当一部分属于负压破坏。本论文以广泛用于农田灌溉输水的PVC-U管道为研究对象,开展管内负压作用下管道结构的模型试验和有限元数值模拟分析,着重研究输水PVC-U管道的负压破坏因素,分析管道发生负压破坏的机理,为合理优化管壁形状、管壁厚度,合理优化管道刚度,合理的进行管道强度提高提供理论依据,为管道化输水网络建设提供理论帮助。得到以下结果:(1)采用电子万能试验机和电阻应变片式引伸计测定PVC-U管材的力学性能。试验测得管材的弹性模量为846MPa。并根据管材拉伸试验应力-应变曲线,采用Ramberg-Osgood模型拟合出管材的应力应变关系,得出管材的强化系数为14.5。为管道负压破坏数值模拟和理论分析提供材料参数。(2)利用负压测试系统,进行PVC-U管道负压破坏试验。对含有不同初始椭圆缺陷的管道进行试验研究,结果表明管道的负压破坏临界值随着管道椭圆度的增加而显著降低;对不同径厚比和管长进行正交试验,试验结果表明管道的负压破坏临界值随着管道的径厚比的增加而明显减小;管道两端的约束对管道失稳压力有明显影响;对于壁厚为3.2mm管道,在间隔1.2m处加肋,对于壁厚为3.5mm管道,在间隔1.4m处加肋,可以避免管道在管内出现真空时发生负压破坏,为管道设计提供理论基础。(3)以小挠度理论为基础,推导出管道负压破坏的线性屈曲方程,求解出薄壁管道弹性屈曲破坏的临界荷载值,将理论结果与试验结果比较可以发现,弹性屈曲临界值明显大于试验结果,与试验结果有一定的误差,主要是因为弹性屈曲解没有考虑材料的屈服强度,认为管道发生屈曲时任然处于弹性状态;对于较长管道,以结构静力学分析方法为基础,取管道截面进行受力分析,推导出管道负压屈曲破坏的平面应变经典解。将理论得出的结果与试验结果比较可以发现,线性屈曲临界值略微大于试验结果,但是,线性屈曲临界值可以作为管道负压屈曲破坏荷载的上限值,为管道设计提供参考值。(4)基于ANSYS软件,数值模拟分析试验管道在管内负压作用下的屈曲变形,得到管道的失稳压力和屈曲后的形态。通过分析管壁应力、应变发展过程,发现造成PVC-U管道负压破坏的原因是管壁环向压应力超出屈服应力时,管壁材料破坏,管壁纵断面旋转,表现出管壁结构失稳变形。管壁弯曲应力的增加是造成环向压应力增大的重要原因。分析不同径厚比、管长和椭圆率对PVC-U管道负压屈曲破坏的影响。研究结果表明,在管内负压作用下,管道的失稳压力随着径厚比和初始椭圆率增大而显著减小;对于短管道,管道两端的约束对管道的失稳压力有明显影响。通过对比非线性屈曲分析结果与试验结果可知,非线性屈曲结果与试验结果略有差异,但非线性屈曲分析结果可以很好的预测管道负压破坏的临界值。