高钢级钢管在施工和服役过程中容易受到外部机械损伤对管道安全造成威胁,尤其是在钢管焊缝处出现凹陷损伤时,极易在焊趾处产生裂纹,严重影响管道安全服役。本文根据工程服役条件,采用有限元模拟和凹陷压制试验研究螺旋焊管道发生凹陷状态下的应变分布对力学性能的影响,研究结果可为管道服役安全评价提供理论支持和参考依据。本文以X80管线钢管为研究对象,使用有限元模拟软件,通过改变施痕物直径、压入深度及内部运行压力等参数对凹陷管道应变场的影响进行模拟研究,对比分析X80管线钢单纯管体和螺旋焊缝区凹陷状态下的应变演变分布特征。研究发现,单纯凹陷管道的内压在凹陷过程中起着主导作用,内压越大,管道下压深度越小;内压与等效塑性应变量呈现正相关,施痕物直径与应变呈现负相关的变化趋势。当凹陷深度较小时,内压存在与否对管道应变影响较小。对焊缝凹陷而言,施痕物直径与下压深度呈现负相关,管道内压与下压深度呈现明显负相关趋势。凹陷深度低于3%管道直径(OD)时,最大应变在焊缝区,随着凹陷深度继续增加,最大应变出现在热影响区。为了更好的揭示材料在变形过程中应变规律,对X80螺旋焊管道的凹陷预制和拉伸试验采用数字散斑三维全场应变测量分析系统(XTDIC)研究了动态应变转移机制。建立了基于管体焊缝区应变硬化模型,并结合不同区域位错组态讨论完整的螺旋焊管道凹陷的应变分布特征。发现试验现象与模拟结果规律一致,说明所建立的模型可以有效的评估凹陷管道的应变分布和变化过程。试验研究发现由于单纯凹陷变形过程中材料发生了较大的塑性变形,凹陷区底部和侧壁晶粒沿着最大变形的方向被拉长,位错密度增大和相互作用,产生了凹陷管道的应变硬化,从而提高管道强度。焊缝管道发生明显形变时,最大应变从焊缝区逐渐转移至热影响区,并不断在热影响区应变集中最后在焊趾处产生裂纹,研究认为在发生变形后焊缝凹陷产生了典型的相变诱发塑性效应,受塑性变形影响,残余奥氏体增大诱发相变转化为马氏体,使得硬度有所提高产生应变硬化现象。随着凹陷深度增加,焊缝与热影响区组织晶界处位错密度均升高,位错不断发生滑移和塞积,在热影响区出现典型的位错胞状亚结构,降低了均匀塑性变形能力和形变容量。