螺旋缠绕结构广泛地被应用于工业领域中,如应用于深海油气开发的水下生产系统柔性复合管缆(柔顺性管道和脐带缆)。螺旋缠绕结构兼备良好的柔顺性和轴拉承载能力,从而保证其能够适应复杂的工况荷载。由于螺旋缠绕结构构型十分复杂,使得通过解析理论准确计算其刚度性能和强度性能存在较大的挑战。目前往往采用数值方法计算该类结构力学性能。此外,螺旋缠绕结构往往整体呈现细长特征,其整体与局部结构存在较大的尺度差异,对其直接数值模拟往往计算量巨大,使得高效的结构分析和优化设计变得不可能。因此,本文将原非均匀的三维螺旋缠绕结构等效为一维均匀的梁结构进行多尺度分析,升尺度上计算结构的等效刚度性能,降尺度上计算结构的等效应力性能。本文主要研究工作如下:首先,根据螺旋缠绕结构一维周期性的特征,引进了渐近均匀化理论,将原螺旋缠绕结构等效为考虑剪切效应的铁木辛柯梁,提出了针对螺旋缠绕结构的多尺度等效分析方法。进一步给出了以单胞为计算模型的数值格式,从而使螺旋缠绕结构力学性能的分析效率得到了显著提高。其次,在升尺度分析中确定了螺旋缠绕结构单胞有限元模型最合适的建模方式,进而计算了该类结构的等效拉伸、弯曲、扭转以及剪切刚度。进一步基于快速等效分析方法,研究了螺旋缠绕结构剪切因子随结构长细比的变化趋势,发现了剪切效应对深短梁(尤其长细比小于5:1时)的影响十分显著。并对非等尺度截面螺旋缠绕结构的刚度性能开展了等效分析,发现当外部缠绕构件的数量增加时,其截面等效弯曲刚度和剪切刚度呈非线性增长趋势。最后,在降尺度分析中考虑剪切效应对应力的影响,推导了螺旋缠绕结构等效应力的一阶近似计算公式,给出了相应的数值格式。并以精细有限元数值模型为参考基准,对拉伸、弯曲以及拉弯组合工况下的螺旋缠绕结构开展了等效应力的误差分析,对比了考虑剪切效应和忽略剪切效应的应力等效计算误差,发现在弯曲和拉弯组合工况下,考虑剪切效应的等效计算更为精准;而在拉伸工况下,两种等效方法精度相当。本研究依托于辽宁省高等学校创新人才支持计划“深水柔性管缆结构多尺度优化设计”(LR2017001)项目开展,针对等尺度截面和非等尺度截面螺旋缠绕结构的力学性能进行了等效分析,所提出的等效快速分析方法对该类型结构分析和设计具有一定的指导意义。