螺杆钻具是钻井工程中常用的一种容积式钻铣工具,主要部件可分为四部分,分别是旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成。螺杆钻具的主要优势在于转速快、输出扭矩大、工况平稳、寿命长等,因而被广泛应用于各类工程钻进作业中,是石油工业领域主要的钻具。螺杆马达,即螺杆钻具的马达总成部分,是螺杆钻具的动力源,其作用是将泵入的钻井液的液压能转换为机械能,驱动螺杆马达的转子转动。螺杆马达无疑是螺杆钻具中最重要的部件,然而也是最不稳定的部件。在钻进施工的过程中,螺杆马达可能发生各类故障,如定子橡胶衬套的振动、定子橡胶衬套发生热变形、定子橡胶衬套脱落、密封液泄露、使用寿命减短等诸多复杂情况。目前,对螺杆马达的研究多数在于对加工工艺的改进创新,部分在于对定转子线型的研究分析,少数在于对螺杆马达进行仿真分析。在少数这些的仿真研究中,主要包括了流固耦合和热力耦合两类。本文研究的主要内容为实现五头螺杆马达的流固耦合三维动态仿真,主要目的为研究影响螺杆马达工作性能的一些重要因素,分别是定子橡胶衬套结构、过盈量和阻力矩,进行不同工况下的仿真计算得出结论,指导工程应用。建模过程考虑了定转子间的摩擦、定子橡胶材料的超弹性、流体的粘性和可压缩性、接触密封等问题,完成了密封腔的转换,实现了五头螺杆马达的液压驱动过程。本文构建了五头螺杆马达仿真分析模型,并且在不同定子结构、过盈量、阻力矩的条件下,分别得到转子自转公转周期、定子橡胶衬套的应力和压强、流体压强的变化情况,计算了螺杆马达的转速和输出功率,根据对结果数据的分析,总结各参数对螺杆马达工作性能的影响规律。综上所述,本文成果一定程度上可辅助验证螺杆马达的理论研究,同时亦可指导螺杆马达产品的设计研发。