随着国家的不断发展,基础设施建设与地下资源的开采要求设备能够适应复杂的施工环境,拥有更快的钻进速度,更好的安全保障,对钻探工程的发展提出了新的要求。钻柱动力学属于最具挑战性的问题之一,多年来一直是深入研究的课题。本文基于区域分解法建立三维梁理论耦合振动能量泛函,探讨了使用三维梁理论能量泛函对钻柱问题的适用条件问题,具体研究内容如下:一、从平面梁理论出发,对比了Euler-Bernoulli梁理论和Timoshenko梁理论的区别与联系。采用位移叠加法,推导得到考虑回转运动的三维Euler-Bernoulli梁理论和三维Timoshenko梁理论能量泛函,并基于区域分解法,建立了两种梁的离散动力学方程。可进行不同边界条件下模型的模态分析,稳态和瞬态动力学分析。二、针对钻柱一类的细长杆结构应采用哪种三维梁理论求解,进行了基于区域分解法的动力学分析。分析了不同厚径比h/R与细长比L/R结构参数下,两种三维梁理论计算结果与Abaqus采用B31单元计算结果相比的误差。结果发现:当L/R>2000,h/R>0.2时,采用三维Euler-Bernoulli梁理论进行分析,能够在保证计算精度的同时,减少整体的计算量,提高计算效率,三、基于区域分解法与三维Euler-Bernoulli梁理论,建立了复杂边界的潜孔锤钻柱耦合振动模型,得到潜孔钻柱耦合振动离散动力学方程。以直径?165mm球齿钻头与长度L=100m直径为?88.9mm的钻柱系统为研究对象,在特定工况下,受周期冲击载荷作用下,求解了钻柱纵向与扭转振动响应。