脐带缆是深海油气重要开采模式水下生产系统不可或缺的重要装备之一,用于连接浮式平台与海底井口或管汇,为水下生产系统提供必需的电气与液压动力,监测控制数据信号传输以及输送相关化学药剂。脐带缆结构含有光、机和电等多种构件,为螺旋缠绕、非粘结的复合结构形式。在功能与环境荷载作用下,构件之间往往会出现接触、摩擦与滑动等复杂的非线性现象,使结构设计分析变得非常困难。由于我国深海油气开采的工程装备行业起步较晚,尚不具备脐带缆设计分析和生产制造等关键技术的能力,脐带缆产品全部依赖进口,严重制约了我国深海油气资源开发的战略安全性与经济性。本论文针对脐带缆的结构设计和分析方法,对国外脐带缆设计分析方法进行了系统的调研和总结,初步掌握了脐带缆结构荷载与失效模式及相应的设计分析流程。基于各构件功能／结构特点,依据相应失效模式提出了关键构件如液压管道、铠装和填充的设计分析方法。基于脐带缆设计规范中提出的截面布局对称性原则,提出了“等效刚度臂”的可量化指标,并通过对称的数学描述方法,方便的实现了脐带缆截面布局的优化设计；讨论了不同的截面构件布局对脐带缆力学响应的影响。在此基础上,结合理论模型和有限元数值模拟,提出了在运输和在位等工况下脐带缆结构力学性能的分析校核方法。讨论了不同填充建模方式,对脐带缆结构分析的影响,建议了较好的填充建模方式。最后以第一根国产脐带缆结构设计与分析为实例,采用以上设计分析方法对脐带缆关键构件和截面布局进行了设计分析,并校核了其结构的力学性能,给出了设计评价。本论文的研究成果将有助于提升我国深海油气开发装备行业的自主设计能力,为我国深水油气开采提供技术支撑。本论文的研究工作属于国家863专项课题“水下生产系统脐带缆关键技术研究”(2009AA09Z301-2)和中国博士后科学基金项目“水下脐带缆结构力学性能的数值研究与软件开发”(20110491521)中的重要组成部分。