磨损是钻头失效最主要的原因,为增加钻头的抗磨性,将仿生理论与技术引用到钻头设计中,以仿生非光滑耐磨理论为基础,研制仿生结构体,为解决硬岩钻进的难题提供了一个新的思路。本文针对影响仿生结构体钻进效率和寿命的仿生单元相关问题进行了研究,目的是优化仿生单元直径的大小和排布形态,为进一步提高仿生结构体的耐磨效果提供技术支持。首先,本文针对仿生单元的直径对仿生结构体耐磨性的影响进行了探讨,加工了四种具有不同仿生单元直径的仿生结构体试块,并进行磨耗比测试,确定最优的仿生单元直径,并在此基础上,对仿生单元的排布方式进行了研究,设计了圆周排布和均匀排布两种形式,加工了相应的小口径仿生结构体,并利用微型钻进系统对加工的仿生结构体进行了室内实验,确定最优的仿生单元排布方式。其次,利用有限元软件,对仿生结构体与岩石的相互作用模型进行了数值模拟,根据室内实验和数值模拟综合分析,阐述了仿生结构体的耐磨机理,然后加工石油取芯用仿生结构体钻头进行野外实验,针对仿生结构体折断的原因进行了分析,并提出了改进措施。