海洋非黏结柔性软管金属层失效机制研究进展

陈严飞，张 晔，冯 玮，孙伟栋，刘 昊，何明畅，张恩勇

(1.中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室/城市油气输配技术北京市重点实验室，北京 102249；2.大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁 大连 116024；3.中集海洋工程有限公司，广东 深圳 518000；4.中海油研究总院，北京 100102)

0 引 言

海洋管道在深海油气资源的运输过程中起着非常重要的作用。非黏结柔性软管具有各层间相对独立且可相对移动、容易安装等优点，比传统钢制管道具有更好的柔性和适应性，成为深水长距离海洋油气资源开发的必需管道[1]。

非黏结柔性软管由管体、弯曲限制器等构成。管体由金属和聚合物材料制成，典型的非黏结柔性软管管体各层主要包括骨架层、内衬层、抗压铠装层、耐磨层、抗拉铠装层和外包覆层。其中，骨架层、抗压铠装层、抗拉铠装层为柔性软管的金属层。

2010年，在英国大陆架运营商报告的总共106条非黏结柔性软管事故中，由软管金属层失效引发的事故占20%，其中，2/3发生在安装期间，1/3发生在正常运行期间[2]。近年来，失效事故的种类和数量仍在不断地增加，维修成本和损失的费用巨大。API RP 17B规范[3]提出9种最有可能在柔性软管金属层中发生的失效模式，包括压溃、爆裂、拉伸断裂、压缩断裂、过度弯曲、扭转断裂、疲劳、侵蚀和腐蚀。这些失效模式为柔性软管的设计带来了很大的挑战。为了掌握和发展软管设计技术，并能较好地对柔性软管进行完整性管理，需要掌握软管的失效模式和失效机制。

当前国内外学者已对柔性软管失效进行了一些研究，但针对柔性软管失效机制的研究基本仅停留在单层功能层截面在静态载荷下的结构响应，并且缺少对于各金属层失效机制较为全面的综述。

本文针对非黏结柔性软管金属层失效机制进行较为详细的介绍，并依据API RP 17B规范[3]提出的9种失效模式对当前国内外柔性软管金属层常见失效模式的研究进展进行整合综述，指出目前柔性软管金属层失效机制研究中存在的问题，为我国深水非黏结柔性软管的完整性管理奠定基础。

1 金属层失效机制

金属层失效机制代表了从初始故障原因到最终管道失效变化过程的一系列基于损伤事件或时间驱动的退化机制以及各层失效共同作用的事件链。管道的故障失效后果有失去密封性、阻塞或堵塞介质流动等[4]。非黏结柔性软管的故障失效机制主要分为以下4步：

(1)基于时间、事件或条件的失效原因引发某一功能层(或组件)局部失效或劣化；

(2)某一功能层(或组件)局部失效后果引发该功能层(或组件)出现可见失效；

(3)受该失效原因影响的各金属层相继失效；

(4)管道功能的最终丧失。

由于柔性软管具有复杂的分层结构设计，金属层在其安装和在位运行时需抵抗复杂载荷，比如管道自重引起的轴向拉力、来自深水的外压、输送介质的内压以及由管道晃动产生的弯矩和扭矩等多种载荷的耦合作用。在复杂组合载荷作用下柔性软管的金属层可能会出现强度或刚度变形、磨损、疲劳等多种失效形式。

软管各层的失效是指各层结构功能的丧失。失效模式是观察管道截面中该层功能丧失的方式。软管最终的失效机制可能同时包含几种失效模式，各金属层由于承担着不同的功能，应用材料也不相同，涉及的失效模式也各不相同，具体如表1所示。

表1 非黏结柔性软管金属层失效机制

续表1 非黏结柔性软管金属层失效机制

综合来看：软管金属层结构的部分失效模式是由管道承受过度载荷造成的，主要表现为过度拉伸、轴向压缩或径向压缩、弯曲、扭转等，在变形的过程中涉及大量与接触、摩擦、几何和材料非线性等相关的问题；另有部分失效模式与软管各层材料的化学特性有关，主要表现为材料的腐蚀、老化和疲劳等。

2 压溃失效

压溃失效是软管金属层局部失效中一种较为常见的径向压缩的失效模式。国内外学者针对金属层压溃失效展开了大量的研究。其中，骨架层或抗压铠装层承受的较大拉力载荷、较大外压载荷、制造缺陷、环空中的残余压力和初始椭圆度、运输和安装过程中受损、骨架层或抗压铠装层发生结构变形、磨损或腐蚀疲劳等都可能使柔性软管发生压溃。据失效数据[5]统计，外部压力过大导致的金属层塌陷压溃是最常见的压溃失效机制，压溃失效类型如图1所示。

图1 外压导致的骨架层压溃失效

在理论解析研究上，国内外学者基于TIMOSHENKO等[6]提出的均匀外压导致圆筒一阶弹性失稳的经典解析公式开展了大量深入研究。沈成武等[7]采用降阶法研究厚壁管的压溃过程，厚壁管发生塑性压溃，薄壁管发生弹性压溃，当壁厚处于两者之间时内部发生塑性、外部发生弹性压溃。ZHANG等[8]将骨架层等效为截面积相同的矩形截面，利用圆筒压溃理论计算等效后的临界压力，并结合试验验证发现等效面积法得到的临界压力与实际结果偏差较大。NETO等[9]和MARTINS等[10]考虑到压溃会使管道发生局部屈曲，得出管道抗压溃能力与管道弯曲刚度相关的结论，并将骨架层的螺旋缠绕截面等效为具有相同弯曲刚度的矩形截面，结果比等效面积法更接近实际。TANG等[11]为得出更准确的骨架层压溃结果，提出应变能等效法，但是这种方法不如弯曲刚度等效厚度法灵活。RAMOS等[12]将软管各层结构的应力与应变联系起来，分析其在内压、外压、拉伸载荷共同作用下的力学响应。KYRIAKIDES等[13]研究一定曲率下管道的抗外压性能，为管道在触地点(Touchdown Point，TDP)极限压溃值计算提供参考。

随着有限元技术的不断发展，NETO等[14]研究发现骨架层的螺旋缠绕角度对骨架层抗压溃性能影响较小，因此在骨架层压溃压力有限元数值模拟分析时可忽略。CLEVELARIO等[15]建立一个预测柔性软管弯曲时抗压强度的数值模型，弯管配置使压缩管区和扩展管区之间形成不对称性，骨架层和抗压铠装层间隙发生变化，降低了管道整体的抗压溃能力。王野[16]建立柔性软管在拉伸和外压载荷共同作用下的三维有限元模型，并用标准尺寸的原型试验对管道抗拉刚度结果进行验证，考虑几何缺陷及材料塑性等非线性条件，模拟分析得到骨架层的抗压溃设计曲线。NOGUEIRA等[17]采用梁单元模拟复杂的柔性软管，并考虑层间接触、几何和材料非线性等因素对骨架层和抗压铠装层的影响。王彩山[18]基于骨架层三维有限元数值模拟方法研究径向载荷下骨架层和抗压铠装层的力学行为，经干压溃和湿压溃的模型分析对比，得出抗压铠装层以及抗压铠装层与内衬层之间的间隙对骨架层的抗压溃性能影响较大。高博[19]通过弯曲刚度截面等效与薄壁筒对压的解析方法给出预测骨架层临界对压载荷的方法，并建立三维模型分析管道在对压载荷和内压下的承压能力，得出理论方法测得的结果均偏危险。PAUMIER等[20]基于上述多个模型及多组试验结果提出抗压溃设计方法，同时得到第三方认证。

柔性软管金属层压溃的理论分析方法经历了从等效面积法、弯曲刚度等效厚度法到应变能等效法的过程，在考虑曲率、初始椭圆度等几何和材料等非线性条件下，弯曲刚度等效厚度法更灵活，且更接近实际。有限元数值模拟方法经历了从二维筒到三维梁和实体、金属层从单层到多层的有限元模型的过程，且在考虑运输介质内压、深水外压、弯曲、轴向力、径向载荷联合作用时，三维模拟几何缺陷与材料非线性对管道压溃性能的影响所得到的结果更准确。试验研究方法通常采用小尺寸特性试验、标准原型尺寸试验和模拟工况的原型试验，以此配合验证理论解析和数值分析的准确性。3种方法的综合使用可起到相互验证的效果。

3 爆裂失效

爆裂失效主要指在输送介质内压作用下软管发生的失效。抗压铠装层破裂、抗拉铠装层破裂和环空残余压力都可能导致软管发生爆裂事故。其他缺陷或失效，如制造缺陷、内部腐蚀和侵蚀或外部磨损，也可能削弱软管功能而导致发生爆裂。柔性软管一旦发生爆裂失效，必须进行更换。抗压铠装层内压爆裂失效如图2所示。

图2 抗压铠装层内压爆裂失效

在理论解析方面，针对柔性软管金属层内压失效的研究目前有两种：一种是将实际的螺旋缠绕结构等效为圆筒，从宏观上分析管道的承压能力；另一种是考虑复杂的螺旋截面结构特征，采用曲梁的基本力学方法分析管道的承压能力。在第1种研究中：COLQUHOUN等[21]提出一种基于Barlow公式的分析方法，采用填充因子对Z形螺旋结构的截面进行等效；NETO等[22]针对软管金属层抗内压问题提出线性和非线性两种分析方法，线性分析指基于弯曲刚度等效方法将Z形螺旋结构截面等效为薄壁圆筒进行分析，非线性分析是指考虑材料的非线性进行分析。在第2种研究中：FÉRET等[23]采用轴对称加载的形式获得抗压铠装层的承压能力，并通过管道的拉伸及径向内、外压力的平衡分析得到各层的极限承压能力；OLIVIERA等[24]考虑管道结构的轴向与径向变形来预测软管的内压承载能力。

随着有限元技术的发展，FERNANDO等[25]采用仅考虑抗压铠装层的二维轴对称模型和考虑抗压铠装层和内衬层共同作用的三维模型这2种模型研究抗内压问题，对比结果显示加工残余应力对管道结构抗压性能的影响不可忽视。NETO等[26-27]采用三维螺旋缠绕实体模型、三维忽略螺旋缠绕的实体模型和等效圆环的二维模型等3种不同的模型对含有抗压铠装层和内衬层的软管抗压能力进行分析，认为材料的几何非线性可能是导致理论解析与数值分析的误差产生的原因。CUAMATZI-MELENDEZ等[28]也对软管截面进行分析，提出一种抗压铠装层和内衬层结构的三维模型爆破分析方法，该模型考虑了截面形式和螺旋缠绕等多方面因素，尤其是2个不同层之间的接触条件导致的几何非线性和物理非线性，对比效果良好。高博等[29]基于内压的理论解析，建立三维模型，将数值模拟与理论计算进行比较，得出较适用的预测内压失效的理论模型，并提出在铠装层加工制造过程中加工间隙对结构抗压性能影响的分析方法，通过数值模拟验证该方法的可行性。

目前，虽然部分学者在研究内压失效时有意识地考虑了内衬层，但爆裂失效仍集中在对主要承担内部压力的抗压铠装层的力学性能研究。内压下的爆裂失效理论解析主要包括是否考虑抗压铠装层的截面形式进行分析，数值模拟也逐渐由二维、三维过渡到考虑几何和物理非线性进行分析，而试验测试作为理论和数值模拟抗压铠装层力学性能的验证方法之一，模拟实际内压工况较为困难。

4 拉伸和扭转断裂失效

抗压铠装层几乎不承受轴向拉力，而骨架层可能出现由拉力过大而导致的应力集中或自锁现象，如图3所示。抗拉铠装层主要承担管道轴向拉力，拉力过大或动态位移过大时可能会发生拉伸断裂。

图3 拉力过大导致骨架层拉伸断裂失效

由于抗拉铠装层呈螺旋形配置，因此当立管发生扭曲时，其会受到拉力或压力。扭曲产生的过大拉伸负荷可能会导致一根或几根钢丝断裂，如图4所示。

图4 抗拉铠装层扭转断裂失效

拉伸断裂失效的理论研究开始相对较早。HRUSKA[30]只分析了铠装层的钢带在缠绕时的轴向力学行为而忽略了其弯曲和扭转。随后，MCCONNELL等[31]将扭转问题引入模型改善了之前的缺陷。董俊宏等[32]假设双层铠装层螺旋缠绕在刚性圆柱上，分析海底光缆的拉伸强度。卢青针等[33]建立简易且具有代表性的理论拉伸模型，总结出提升柔性管道抗拉性能的设计方法，增加抗拉铠装层缠绕圆柱的径向刚度可控制径向收缩，进而提高抗拉钢度和抗拉能力。KNAPP[34]基于小变形、材料线弹性、缠绕的内部圆柱为刚性且不可压缩等一系列假设，得到钢带力与位移变形的线性关系，以及在拉伸载荷下抗拉铠装层钢带对内部圆柱的径向挤压力。KUMAR等[35]将铠装层钢带的变形位移和内部应力的线性理论分析模型引入刚度矩阵，得到抗拉铠装层与管道内部层之间的摩擦力，但UTTING等[36]发现这些摩擦因素对整个管道抵抗拉伸载荷的性能影响非常微小。

随着有限元的发展，LOVE[37]建立了一个更复杂的曲梁模型来分析柔性管的性能。COSTELLO等[38]在LOVE的曲梁模型基础上，分析铠装层钢带螺旋缠绕的形式和角度变化、弯曲和扭转变化以及泊松效应对拉伸行为的影响。HOBBS等[39]将管道的非金属层与金属层之间的复合关系简化等效为一种具有各向异性壳的模型，发现其对多层非黏结柔性管道的数值模拟应用具有适用性。

在恶劣环境条件(风、波和流)下工作的软管更易发生扭转破坏。SIMONSEN[40]指出柔性软管的扭力在任一方向上都可能造成破坏：如果扭转力的方向与钢带的螺旋方向相同，钢带将收紧，骨架层或内衬层会压溃；如果扭转力作用于另一个方向，铠装层可能会承受过大的压力，导致径向屈曲或解锁。吴尚华等[41]建立柔性管道力学模型，分析抗拉铠装层的应力及相邻层间的相互作用力，对柔性管道的屈曲失效、内层压溃失效和强度失效进行判断。

随着对影响管道抵抗拉伸和扭转性能因素的不断扩展和深入研究，可以发现：不论是拉伸断裂失效还是扭转断裂失效，只要抗拉铠装层的设计载荷能够承受正常使用时的载荷，其发生失效的概率较低，但其也可能导致其他失效模式造成管道的最终失效。若单纯的拉伸或扭转断裂与腐蚀、磨损或任何其他改变管道功能的因素相结合，则管道完整性会受到威胁。

5 轴向压缩和弯曲断裂失效

柔性软管在安装或在位运行期间受到的复杂环境载荷使管道在TDP处更易发生反复弯曲，抗拉铠装层轴向压缩，促使其螺旋缠绕的细长钢带因受到轴向压应力而屈曲。抗拉铠装层钢带的屈曲形式包括径向屈曲(鸟笼化)和侧向屈曲。抗拉铠装层的屈曲失效如图5所示。

图5 抗拉铠装层屈曲失效示例

TDP也可能发生过度弯曲失效。过度弯曲引起的载荷会以不同方式影响管道：骨架层和内衬层可能会因压缩力而压溃；过度弯曲引起的拉力使内衬层或外包覆层破裂；如果弯曲应力过大，则管道强度降低会导致外包覆层破裂，骨架层和抗压铠装层脱离。骨架层过度弯曲失效如图6所示。

图6 骨架层过度弯曲失效

轴向压缩和弯曲断裂失效均可称为屈曲失效。屈曲失效的理论分析主要通过大量假设对临界屈曲载荷及应力分布进行计算。TAN等[42]沿着螺旋缠绕在圆柱上的铠装层钢带建立局部坐标系，假设无摩擦、纯弯曲，计算得到屈曲后的应力分布。杨旭等[43]基于曲梁结构假设，利用圣维南原理，假设侧向屈曲后的形状得到解析解。GIMENA等[44]利用差分原理，采用曲梁单元，对螺旋缠绕结构进行理论推导。SVIK等[45]和ØSTERGAARD等[46]基于曲梁理论和圣维南原理，利用差分方程，考虑湿环境下轴对称载荷和弯曲载荷引起的扭转和曲率，假设铠装层在变形过程中沿测地线滑移并忽略扭转后屈曲的形状，同样得到了侧向屈曲载荷的解析解，并将结果与试验进行对比。

RIBEIRO等[47]建立三维模型预测在压缩状态下软管的局部力学行为，得出轴向压缩刚度远低于拉伸刚度，抗拉铠装层发生径向移动和侧向移动，压缩产生的较大的弯曲应力使层之间产生间隙。MUREN[48]发现压缩载荷较大时可能发生径向屈曲或鸟笼化失效，若外包覆层完好且抗屈曲性很高，该失效模式可避免。刘晓媛等[49]建立三维数值模型，研究轴向压缩载荷下抗拉铠装层的螺旋钢带数目、铺设角度和外部聚合物层的厚度以及不同摩擦系数和外压对软管失效和承载力的影响。郑佳楠[50]建立外压和轴向压力载荷下软管金属铺层屈曲分析模型，研究影响屈曲的因素与临界载荷的关系。魏斌等[51]基于ANSYS建立多层管道有限元分析模型分析管道内液体温度、压力和埋泥深度对隆起屈曲程度的影响，发现管内温度越高、管道隆起高度越高、管道内输送的液体压力越大和埋泥深度越深都会限制管道的隆起。

尽管过度屈曲会影响管道多层，但挪威部门仅报告了一次与这种失效模式有关的事件，且是20世纪90年代英国的一个事故。如今该失效事故已不再常见。

6 疲劳失效

疲劳是材料在承受环境中周期性载荷时发生的渐进性和局部性结构损伤。常见的疲劳主要包括：深水软管的金属层的纯疲劳；柔性软管各层间的相对运动和层间的接触压力产生的与磨损相关的疲劳，如与抗拉铠装层磨损相关的疲劳、与抗压铠装层磨损相关的疲劳；金属发生腐蚀后，裂纹萌生和扩展造成的腐蚀疲劳；非金属聚合物层很少因为疲劳而出现问题，除了在端部接头处或由于管体压力或温度循环导致的内衬层疲劳失效[20]外。疲劳失效如图7所示。

图7 金属层疲劳失效

MCCARTHY等[52]提出在深水环境中，软管和连接器之间刚度显著突变可能会导致渐进性疲劳破坏，也可能由于腐蚀加速疲劳。ELMAN等[53]指出软管在端部靠近弯头处更易发生损坏，比如外包覆层的损坏可能导致环空溢流，进而导致铠装层的腐蚀，聚合物层的降解，疲劳损伤增加，管道使用寿命缩短。NIELSEN等[54]认为船舶运动和波浪载荷等环境条件引起软管的张力和曲率严重变化是软管疲劳的原因。SAUNDERS等[55]认为在安装阶段外包覆层的破坏才是导致软管疲劳的主要原因，海水进入环空，静水压的作用使得铠装层受腐蚀的程度沿软管发生显著变化，酸性环境促使抗疲劳性能大幅降低。因此，疲劳评估需使用沿截面能反映不同分压渗透成分的S-N曲线。

NIELSEN等[54]基于具有代表性的S-N曲线采用Palmgren-Miner线性损伤假设计算累积疲劳损伤。CLEMENTS等[56]集中研究材料在腐蚀条件下的疲劳过程以及材料设计曲线的发展，得出不同的S-N曲线用以研究使用寿命增减分析中的保守性。赵林等[57]建立有限元分析模型，将得到的结构应力结果导入fe-safe软件，设置载荷谱、S-N曲线、管道材料等数据，分析疲劳寿命，得出互锁结构中直接承受外压的截面最易发生疲劳破坏。席勇辉[58]对柔性管缆进行疲劳半物理仿真试验，将其在位时受到的载荷转换到试验模拟加载值，建立疲劳试验装置，用理论分析、数值模拟和试验验证分析试件试验加载与变形的协调关系。杨婵[59]考虑弯矩与曲率的非线性关系，建立单根钢带螺旋缠绕圆柱的疲劳载荷分析模型，根据模型的结果研究理论解析模型的适用性，并分析钢带的几何参数对理论解析模型适用性的影响。

随着研究技术的不断深入，柔性软管疲劳失效引起的事故率正在减少。假设疲劳机理不受其他可能降低疲劳强度的因素(如腐蚀)的影响，为防止软管其他层受影响，可在设计时采用设计较高的安全因数来避免疲劳的发生。但是，在酸性环境(如巴西和西非)下作业仍可能引发抗拉铠装层的疲劳失效。

7 腐蚀和侵蚀失效

单纯的腐蚀并不是柔性软管发生故障失效的典型原因，但金属材料的腐蚀往往会加速各金属层的故障失效。随着水、CO2、H2S不断通过内衬层扩散，环空内可能发生应力腐蚀开裂、硫致开裂、氢致开裂等；在运输和安装柔性软管时外包覆层也会发生破裂，O2进入环空，发生严重的氧化腐蚀。若其与高静态载荷或疲劳载荷结合，则会导致管道完整性下降，甚至发生失效。金属层发生的腐蚀失效如图8所示。

图8 金属层腐蚀失效

现场观察表明，铠装层的点蚀形成迅速，有时在海水进入环空一年内就会出现铠装层点蚀。BERGE等[60]认为点蚀会降低非黏结柔性软管铠装层的疲劳寿命。KRISHNAN等[61]发现基于英国国家物理实验室最初开发的方法(ZHOU等[62]应用于涡轮机的电化学点蚀)可得到很好的模拟铠装层发生点蚀的效果，以此预测铠装层疲劳寿命。

另一方面，采出液中的含砂量及水合物在骨架层内表面间隙的形成是骨架层发生侵蚀的主要原因，砂粒与骨架层的内壁碰撞，导致钢带厚度减薄，软管的抗压溃性能降低。侵蚀发生在产气管道中的可能性更大，因为气体管道中固体颗粒流动速度更快。单纯的侵蚀不会造成软管失效，但随着侵蚀的不断累积，骨架层变薄可能会导致管道破裂或压溃。骨架层侵蚀失效如图9所示。

图9 骨架层侵蚀失效

国外学者对预测固体颗粒侵蚀的方法进行了广泛研究。较早的指南之一是美国石油协会(API)的推荐实践API RP 14E[63]，其中将腐蚀极限速度与实际过程流速进行比较。但是，该指南并未考虑侵蚀参数。PARSI等[64]介绍影响侵蚀的关键因素和侵蚀预测方程，建立油气井和管道的固体颗粒侵蚀模型，用于限制最大生产流量并避免过度侵蚀破坏。ARABNEJAD等[65]提出一种半机械模型，用于分析由固体颗粒引起的不同目标材料的腐蚀，可用于预测油气管件出砂引起的侵蚀磨损。HELGAKER等[66]进行大量的砂粒侵蚀试验，发现侵蚀沿骨架层钢带分布不均匀，且最严重的侵蚀位于钢带前缘，但这种侵蚀预测方法不适用于具有金属互锁结构的骨架层。

目前，关于软管金属层腐蚀和侵蚀的结构性能研究相对较少，理论分析研究大多为金属腐蚀和侵蚀的化学机理，数值模拟较少，试验居多。单纯的腐蚀和侵蚀都不足以使管道功能失效，却是管道失效机制中一种重要的失效模式，腐蚀性环境的长期累积导致的点蚀和周期性的疲劳损伤是管道失效的主要原因。

8 当前研究存在的问题与展望

8.1 当前研究存在的问题

目前对柔性软管的失效研究主要有理论研究、数值模拟、试验测试等3类方法，结合当前研究进展的综述和笔者的认识，提出柔性软管金属层失效机制的研究应用中存在的一些问题，具体如下：

(1)金属层的理论失效模型研究仍较为理想。非黏结柔性软管的金属层一般具有不同截面形式的金属异型材和一定螺旋缠绕结构，早期的理论研究者将柔性软管各层等效简化为均质圆筒钢管，并基于大量假设对各种理论模型进行推导，随后部分研究者将曲梁理论、圣维南原理、差分方程和一定假设等引入具有一定截面形式和螺旋结构的柔性软管金属层失效理论模型分析，以求得各环境或材料因素影响下的解析计算公式，但修正方法仍不够完善，需要继续改进。

(2)金属层的数值模拟仍停留在相对简单的金属单层研究。随着计算机的发展，虽然使用了正确的方式建立有限元模型，同时考虑截面形式、初始缺陷、几何和材料非线性、接触摩擦等条件和实际复杂载荷对管道承受能力的影响，已经取得一些成果，但通常都是针对功能不同的金属层单独建立失效模型，柔性软管的失效机制呈现多样性、多因素性，失效形式可能为一种，也可能为多种形式的相继组合。单层的金属层研究仍与实际软管整体的故障失效机制研究存在一定的差距。

(3)金属层失效的试验测试方法存在一定的阻碍。用标准尺寸模拟原型试验能更精确地评估管道结构抵抗实际载荷的性能，更贴近实际工况，但该类试验的实施通常较复杂且对设备的要求较苛刻，需要特殊的高精度测量设备及高控制性能的加载设备等。另外，测试前期往往需要进行大量的准备工作，如试验材料的采购、加载设备的加工设计、高压监测设备的调试，并进行多组试验研究各参数对管道性能的影响规律等，人力物力消耗巨大。在试验过程中一些不能完全消除的不确定因素有时还会影响结果的判断分析，且由于保密性等原因各种发表文章对相关试验过程的细致描述较少，这些都会阻碍金属层失效试验的进一步研究。

8.2 展 望

在未来，可通过引入修正系数或其他创新方法不断完善和改进理论研究方法对于实际复杂截面形式和螺旋缠绕结构下的柔性软管的力学性能分析，同时应同步数值模拟和试验测试，在使用数值软件真实模拟软管所有层截面实际形状和尺寸建模、同时模拟海洋各类动态载荷的共同作用、多因素准确对实际海洋中软管失效的受力和破损情况进行分析的基础上，结合标准全尺寸原型仿真试验验证加强对比，增强研究的准确性和可信度。

随着海洋油气资源开发的水深越来越深，海洋环境瞬时复杂多变，非黏结柔性软管抵抗多因素下各种环境载荷的性能逐渐成为衡量各类油气输送管道完整性管理的重要评价指标，不仅需要考虑管道自身材料和结构的影响，而且需要考虑其他复杂组合载荷的影响。因此，针对当前金属层失效机制进行国内外研究现状的综述将对我国今后在海洋非黏结柔性软管的设计和有效的完整性管理研究方面具有重要意义。