全陶瓷轴承沿用钢轴承的参数设计会大大降低轴承的疲劳寿命,需对全陶瓷轴承进行优化设计来提高疲劳寿命。通过对当前设计试样轴承的疲劳寿命试验结果分析,以全陶瓷深沟球轴承内外圈的接触应力和摩擦力矩作为优化目标,建立优化评价系数的函数,并求得内外圈沟曲率系数的最优值。建立有限元模型,对其内外圈与球的接触应力和摩擦力矩进行分析验证。最后进行疲劳寿命试验,验证了优化设计后轴承在载荷为500N左右时,疲劳寿命提升最大,约17%。

为了提高CDZ500型钻杆吊卡的机械强度,对其结构关键承载部位—吊臂进行优化设计,研究吊臂截面横向厚度b、吊臂截面半径R的改变对吊卡应力的影响,优化吊臂结构,并对优化后的吊卡进行有限元分析和应力贴片试验。结果表明当b为98mm,R为81mm,吊臂的最大弯曲应力降低了4.8%,有限元、贴片试验结果验证了结构优化的合理性。计算结果为提高吊卡安全性能提供了依据,为海洋石油钻井设备的设计提供了理论基础,确保其在深海石油开采平台安全使用。

为了抑制V型卡箍冲压卸载后产生的回弹,在V型卡箍模具表面加工激光微织构以改变模具与板料间的摩擦系数。利用有限元模拟不同摩擦系数下V型卡箍的回弹,对V型卡箍模具表面摩擦系数对卡箍回弹的影响进行分析,最后进行了实验验证。研究结果表明抑制V型卡箍头部凸台部位各处产生的回弹,可以减小凸模凸台竖直边区及圆角区的摩擦系数,增加凹模凸台竖直边区及圆角区的摩擦系数;抑制V型卡箍V型底槽圆弧的回弹,可以减小凸模圆弧沟槽圆角区的摩擦系数,增加凹模圆弧沟槽圆角区的摩擦系数。为在V型卡箍模具表面加工激光微织构以抑制回弹提供理论依据。

吊卡作为钻井提升系统的重要结构,强度与可靠性要求极高。为提高吊卡的强度与安全可靠性,对吊卡吊臂部位进行结构优化。利用有限元软件ANSYS workbench对吊卡的静态特性进行了研究分析;在此分析基础上,对吊臂结构优化设计参数进行了灵敏度分析与实验设计;并基于响应面法建立了优化的数学模型,再通过遗传算法得到最优设计方案。结果表明当吊臂截面厚度b为94mm,吊臂截面半径R为87mm,吊臂截面偏离角度β为37°时,吊臂的最大应力值降低12.5%,并通过试验进行了验证。提高了吊卡的强度与安全储备,为吊卡结构改进设计提供了理论指导。

钻杆在作业过程中,需要通过卡瓦夹持,才能顺利作业,但卡瓦在钻杆表面会留下作业损伤。为了防止损伤导致的钻杆断裂,影响结构安全性,以某深井作业钻杆实际工况为例,创建含横向半椭圆形表面裂纹的钻杆有限元模型,数值研究拉扭复合载荷下,3种类型的形状因子沿裂纹前缘的变化规律;通过多项式拟合得到形状因子表达式中对应的系数,进而推导出等效应力强度因子的表达式。仿真计算结果表明,在(0.6~0.8)之间存在一临界形状比,裂纹最深点和边界相邻点处的等效应力强度因子值在此处相等。拟合得到的等效应力强度因子表达式,为进一步研究损伤钻杆表面裂纹扩展和寿命预测提供参考。

介绍了疲劳试验机数据测量系统和控制系统的设计，主要阐述了数据采集方法和控制过程。通过数据测量系统和控制系统的运行，使得计算机能自动监测试验机的运行状态；当试验机出现故障时，计算机能够报警或停机，并对试验数据进行记录保存；从而提高了试验效率。

以实际应用的电磁径向轴承和推力轴承为研究对象，从理论上详细分析差动激磁方式作用下的位移刚度和电流刚度的特性，探讨位移刚度和电流刚度对系统性能的影响。研究表明，在工程误差允许范围内，位移刚度和电流刚度可视为定值，即此时电磁力方程在应用上存在较大的线性区间，因此简化的线性化模型完全可满足控制器设计的需要，且线性区间随着控制精度提高而减小。研究结果为深入了解电磁轴承系统在可能工作范围内的全部性能以及控制器设计提供依据。

为了保障下套管作业的安全和可靠性,根据套管钳关键部位颚板的受力特点和结构特征,可知在旋紧时套管钳的颚板受力最大。根据颚板的结构特点进行模型简化,推导出理论计算公式并计算出理论最大应力,经过ANSYS有限元分析和理论计算结果互相验证。最后运用有限元软件ANSYS对颚板的滚轮孔加圆角和颚板背部加肋板的结构进行结构分析,分析结果表明：改进后颚板最大应力减少了3.5%,最大变形降低了6.4%,其结果对推进套管钳的改进和优化提供了一定的参考。

为了确保液压动力钳的上扣质量，针对液压动力钳主颚板的结构特点以及受力情况，利用确定结构危险截面的方法，推导出了主颚板机械强度的理论计算公式，并通过实例应用，分别采用理论计算公式与有限元分析方法进行计算，二者误差仅为3．1％，验证了理论计算公式的正确性。同时针对主颚板存在的应力集中现象，利用有限元法对不同大小的过渡圆角半径进行分析比较，发现最佳过渡圆角半径为R3mm，此时主鄂板的最大应力降低了10％，应力集中现象得以改善。

随着气动旋扣钳转速的提高产生振动问题也越来越严重为优化旋扣钳的动力学性能对其滚轮轴进行模态分析.首先对滚轮轴进行简化得出其振动力学模型通过理论法计算出滚轮轴的第一阶固有频率然后使用Ansys软件对滚轮轴进行模态分析获取了滚轮轴结构的固有频率及振型.结果表明：理论计算和软件计算误差为2.8％证明有限元软件对滚轮轴模态计算的准确性其结果可以为旋扣钳动力学性能的优化提供了依据.