钻杆系统是石油和天然气开采的重要工具,也是采矿工程中矿产资源勘探开发的重要组成部分。钻杆进入到地下的长度可达几千米,并且由于井下的环境非常复杂,致使钻杆可能会产生剧烈的振动。钻杆的有害振动很容易使系统失效从而造成不必要的损失。因此,针对钻杆的振动问题进行研究是非常有意义的。首先,由于钻杆的纵-扭耦合振动是最常见也是最容易发生的,所以将钻杆系统简化成两自由度的集总参数模型,考虑钻头与岩石相互作用的修正接触模型,对钻杆纵-扭耦合非线性振动系统的响应进行了研究。利用龙格-库塔方法对控制方程进行数值计算,讨论了驱动角速度、标称钻压、进给速度、地层刚度以及钻杆长度的变化对钻杆系统振幅以及振动频率的影响。数值仿真结果表明,增大转盘驱动角速度有助于减少钻头发生粘滑运动时粘滞的时间,甚至可以使系统不再出现粘滑现象,但驱动角速度过大会导致系统发生跳钻现象;增大标称钻压会导致系统更容易产生粘滑现象,但增大标称钻压对跳钻却有着抑制作用;地层刚度越大,系统纵向振动响应的幅值就越小,并且纵向振动响应幅值出现最大值时所对应的驱动角速度也越大,但扭转振动的幅值变化较小;随着钻杆长度的增加纵向相对位移的幅值是波动上升的,相对角位移幅值则几乎是呈线性增加的,所以钻杆长度越长,钻杆的形变越大,也就越容易失效。其次,在钻杆纵-扭耦合非线性振动的两自由度模型的基础上建立了三自由度模型,即在扭转方向增加一个自由度,并且将三自由度模型所得出的结果与两自由度进行了对比分析。经对比发现,两种模型的结果整体变化趋势基本一致,但在幅值大小方面有一定的差异,同时三自由度模型不再发生粘滑运动的临界驱动角速度要大于两自由度的数值,开始发生跳钻时的驱动角速度值也要大于两自由度的数值,即三自由度模型相对于两自由度模型容易发生粘滑现象,但不易发生跳钻现象。最后,在集总参数模型考虑的因素基础上,又增加考虑了井壁对系统的影响,利用ADAMS对钻杆系统进行多体动力学仿真,并将ADAMS的仿真结果与数值结果进行对比,发现通过这两种方法分析所得出的结论基本一致,并且也相互验证了模型的正确性。