潜油螺杆泵作为开采石油应用普遍的机械设备,具有抽吸平稳、采油能耗低等优点。丁腈橡胶（NBR）是螺杆泵中定子橡胶材料的主要选择,定子是采油系统的重要部件之一,对于金属转子与其啮合相互挤压使其发生形变及原油中掺杂砂粒等多因素耦合的采油环境,意味着定子橡胶的力学及摩擦学性能直接影响着螺杆泵的使用寿命。本文首先研究NBR组成部分丙烯腈含量对于橡胶性能的影响,再向NBR中加入二氧化锆（ZrO2）作为补强体系,提高定子橡胶的力学及摩擦学性能,进而增加潜油螺杆泵采油的工作寿命。本文构建了三种不同丙烯腈含量的NBR体系,进行了力学性能及摩擦学性能的计算,提取了体系的均方位移、摩擦温度等微观参数,计算结果表明,NBR组分丙烯腈中极性基团的增多,分子链间的相互作用力变大,限制了分子链的活动能力。当NBR基体中丙烯腈含量为39%时,橡胶的力学性能最好,抗外力剪切能力最强。模拟结果与文献中的数据相吻合,进一步验证了分子动力学的准确性。在丙烯腈含量为39%的NBR基体中,加入不同含量的ZrO2外部填充补强基体,建立ZrO2/NBR复合体系的分子模型,计算了复合体系力学性能及摩擦学性能相关参数。提取的界面结合能、径向分布函数表明,由于NBR分子链受到范德华力的作用,更多的NBR分子链与ZrO2进行结合,复合体系中分子间的扩散越来越弱。但当ZrO2的添加量过大会降低补强剂与基体间的结合能力,应力传递变差。其中质量分数为20%的ZrO2加入NBR基体后,其力学性能最佳,磨损率及摩擦系数最小,为下一章向基体中加入不同形态的ZrO2补强剂含量的选定提供理论依据。建立质量分数为20%的外部填充、原位填充和原位填充且偶联化处理的三种不同形态ZrO2/NBR复合体系,对比分析它们的力学性能和摩擦学性能。其中,原位填充且偶联化处理的ZrO2增强NBR基体的力学性能最佳。其次,比较三种复合体系的摩擦系数和磨损率。原位填充且偶联化处理的ZrO2补强NBR基体的耐磨性最佳,上述力学性能及摩擦学性能计算结果与文献中的实验数据相吻合。并从微观的角度进一步分析了ZrO2增强复合体系性能的机理发现,在复合体系内原位填充ZrO2形成的氢键型偶极相互作用的基础上,进一步添加偶联剂,减弱了基体的分子间扩散活动性,使ZrO2与NBR基体结合的更加紧密,改善了定子橡胶的性能,从而延长了潜油螺杆泵的使用寿命。