由于人类对石油需求量的逐年增加,石油的开采效率也备受人们的关注和重视。石油取芯钻具作为石油勘探行业必不可少的工具之一,它的钻取效率直接影响石油的开采量。目前,石油取芯钻具面临的技术难题为钻杆间连接螺纹的失效问题,提高连接螺纹的强度和使用寿命是石油取芯钻具的研究热点。本文以石油取芯钻具钻杆的整体接手—上扶正器部分连接螺纹为研究对象。首先针对钻具的四种不同工况通过强度分析,确定四种工况下连接螺纹应力和位移情况,然后对此部分进行模态分析以及对连接螺纹进行疲劳分析,最后在上述分析的基础上针对最危险的工况对连接螺纹进行结构参数优化,提高连接螺纹的使用寿命。论文主要研究内容如下:(1)强度分析。具体针对钻具实际工作过程中的四种不同工况:钻具在预紧扭矩拧紧时,以及预紧拧紧后钻具在接触地面时、正常工作时和达到最大转速时的四种工况,利用有限元软件Hyper Works进行强度分析,得出四种工况下的应力以及位移的情况。结果表明:四种工况下的连接螺纹最大等效应力值均小于许用应力,满足强度条件。(2)模态分析。以石油取芯钻具整体接手—上扶正器部分为模态的研究对象。具体分析其前15阶模态,进而将最低阶模态的频率值与上述四种不同工况下的外部激励频率值进行对比,对不同工况下的螺纹动态特性进行分析。结果表明:四种典型工况条件下,结构固有模态与激励均未发生耦合,但在最大转速工况下固有频率与激励频率较为接近,应对其进行优化避免共振的发生。(3)疲劳分析。针对最危险工况,即钻具在上扣扭矩3500N·m作用下预紧时的工况,采用n Code Design Life的应力疲劳分析方法对此部分的连接螺纹进行疲劳寿命预测,结果表明:连接螺纹最小疲劳寿命次数为216100次,最先发生疲劳破坏的区域为外螺纹第一处螺纹牙的端部处和内螺纹最后一处螺纹的啮合面处,与强度分析结果相符。(4)结构参数优化。针对最危险工况,采用Hyper Study对连接螺纹从螺距、牙型角、牙齿高这三方面进行结构参数优化。继而对优化后的连接螺纹的模型仍采用应力疲劳分析方法对其进行疲劳寿命预测,结果表明:优化后连接螺纹的疲劳寿命次数为1147000次,相比原始模型连接螺纹的疲劳寿命次数提高,验证了优化方案的合理性。