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绳索取心钻探技术自诞生以来，即以其高钻进时效，长钻头寿命，高钻孔质量，低事故率，低劳动强度，低钻探成本等诸多优点而在我国地质、煤炭、石油、有色、冶金、核工业等系统广泛应用。正是基于其较传统岩心钻探提钻取心方式的突出优点，金刚石绳索取心钻探技术尤其适用于我国新一轮的深部找矿勘探工程。
虽然目前在深孔、复杂地层中绳索取心应用效果还不甚理想，但与其他钻探方法相比较而言，绳索取心具有自己的独特优势，并且长远来看，绳索取心钻探技术仍具有十分广阔的发展空间。由此可见，研究开发出能满足上述施工条件和施工要求的成本更低、效率更高、寿命更长的绳索取心钻探系统，尤其是开发出适合深孔、复杂地层应用的绳索取心钻探系统是十分必要也是极具现实意义的。
尽管绳索取心钻探技术在我国已经历了30余年的发展历程，并且在整个岩心钻探领域中也已牢牢占据主导地位，但种种原因造成了我国绳索取心钻探技术发展停滞不前，其应用水平和矿业发达国家之间仍然存在着不小差距。尤其是钻杆方面，具体表现在：钻杆强度低、工作可靠性差、深孔事故率高、使用寿命短等，种种不利因素大大地制约了绳索取心钻探技术在深孔、复杂地层中的应用。综合分析得知造成这种局面的原因不外乎以下几个方面：管材材质、钻杆连接螺纹的几何尺寸、钻杆的机加工及热处理水平等。
众所周知，岩心钻探中钻杆作为一种传动构件将钻机所提供的回转扭矩和压力传递给钻头，最终达到破碎岩石的目的，钻具与钻具之间普遍采用螺纹连接。作为一根长细比较大的杆体，在实际工作条件下，钻杆将承受着压、拉、扭、弯的交变应力，工况极其复杂。绳索取心钻杆作为一种特殊钻探工艺所使用的钻杆，其管体材料为薄壁钢管，生产中当实际工况恶化时，理论上首先发生破坏的将是钻杆最薄弱的部分，由于绳索取心钻杆管壁本身即较薄，其连接螺纹部分相对就更加薄弱，因此，一旦孔内工况恶化，钻杆连接螺纹处将是危险性最大的地方。据相关资料显示，绳索取心钻探施工中，所有的钻杆断裂事故中90％以上均来自于螺纹部分。由此可见，要提高绳索取心钻探技术在深孔、复杂地层中的应用效果，增强深孔钻探中钻杆的工作可靠性，延长钻杆使用寿命，不仅需要选择性能可靠的钻杆材料、合理设计钻孔结构、整体提升绳索取心钻探的工艺水平，更需要对钻探施工过程中的薄弱环节进行加强，具体来说就是需要加深对绳索取心钻杆连接螺纹的研究，提高设计水平，并运用现代先进的制造工艺将绳索取心阽杆的加工质量整体提升到一个新的水平。
针对绳索取心钻进工艺中钻杆强度不足的问题，国内不少地质类科研院所及地勘单位的科技工作者已经开展了大量的理论研究与生产试验工作，并取得了许多科技成果。但是，近年来，随着地质工作攻深找盲活动的开展，尤其是在孔深、地质条件复杂等情况下，绳索取心钻杆的工作可靠性仍然没能得到很好地改善。因此，加强对绳索取心钻杆连接螺纹部分的强度分析和优化设计就显得十分必要和迫切。
对钻杆力学的研究，传统的方法是弹塑性强度理论法和解析法，虽然二者目前应用比较普遍，但在钻杆具体的应力分布及结构优化设计等方面，传统方法难以得到较为精确可靠的数据结果，而且研究周期较长，不利于生产应用。当前随着计算机技术的广泛应用，计算机辅助设计(CAE)技术得到了蓬勃发展，在工程设计领域发挥着越来越重要的作用。
本文以绳索取心钻杆为分析研究对象，对其连接螺纹部分建立准三维几何模型，运用大型CAE有限元分析软件ANSYS对受力情况进行了仿真分析，得出了钻杆连接螺纹处的等效应力、变形云图，云图显示最大等效应力出现的位置与现场钻杆断裂的常见位置完全相符。除此之外，笔者还通过对螺纹主要结构参数的改变观察仿真结果的变化，得出了各结构参数与螺纹强度之间的影响关系，并从中找出了相关规律从而为钻杆连接螺纹的优化设计提供了重要依据。具体的分析研究步骤可分为：
1.几何模型的建立：采用SolidWorks2008对绳索取心钻杆进行三维实体建模。在建模之前，要熟悉钻杆连接螺纹的几何结构及各关键部位处的受力特点以方便对几何模型进行必要的简化处理。其次，要适当地对载荷的作用区域进行必要的考虑，以便最终确定几何模型简化的合理性；
2.ANSYS Workbench Environment(简称AWE)的前处理：前处理工作包括定义钻杆管体和接头的材料属性、有限元模型的网格划分、设置接触关系以及定义边界条件并施加载荷。具体步骤是：首先将在SolidWorks中的建好的模型导入到AWE中，并分别为钻杆管体和接头定义材料特征；其次对模型进行有限元网格的划分，必要时要对网格的疏密程度进行局部调整和细化以满足计算精度的要求；第三步设置模型的接触关系，首先Workbench环境下软件本身会自动探测装配体各零件之间的接触区域，并自动设置成一种默认的接触类型(bonded)，一旦用户发现接触关系与实际情况不符，可以对它们的接触关系进行手动设置和修改；最后，通过基于对模型受力情况的正确理解和必要的简化，定义边界条件并施加适当载荷；
3.求解及后处理：使用AWE中系统默认的求解器来求解，后处理时，仔细查看模型的整体及连接螺纹处的应力、应变云图，通过改变螺纹的结构参数，对仿真结果进行分析对比，论述各结构参数与螺纹强度之间的影响关系；
通过本文的研究，初步完成了对绳索取心钻杆连接螺纹的力学仿真分析和优化设计，实现了CAE技术在绳索取心钻杆螺纹结构分析和优化中的应用，为下一步的样机试制和生产性试验提供了必要的理论支撑。
本文的创新点在于首次在ANSYS Workbench Environment环境下全面，系统地完成了对绳索取心钻杆连接螺纹的静力学及接触非线性分析从而为螺纹结构参数优化设计提供依据。其分析结果科学可靠，研究周期短，费用低，十分有利于生产应用，完全可以为下一步的工业生产创造更好的效益。