钻杆是地质钻探和石油开采的重要工具，在钻井过程中，它是连接地面和地下的枢纽。钻杆通过钻杆接头相连接，接头上加工有内、外螺纹，用以连接各单根钻杆。在钻井过程中，钻杆接头受力复杂、工作环境非常苛刻，它往往是钻井设备与工具中的薄弱环节。钻杆接头的疲劳破坏、刺漏及扭断事故是常见的钻井事故,其中钻杆接头抗疲劳性能是目前研究的重点。仿生学是近年来发展很快的一门前沿科学，其应用成果已经涉及到很广泛的工程技术领域。本文从仿生学的角度出发，寻求提高钻杆接头抗疲劳能力的方法。本文利用UMT微观摩擦磨损试验机测量了接头材料在不同温度下的摩擦系数，利用试验求得的摩擦系数，计算了钻杆在相应温度下的上扣扭矩。建立了钻杆螺纹接头的三维有限元模型，有效的分析了钻杆接头受到轴向拉伸、弯矩等载荷作用下的螺纹牙上的载荷分布规律，计算方法上考虑了接头螺纹的螺旋升角问题。在上扣扭矩和轴向拉伸载荷共同作用下，钻杆螺纹接头的应力分布呈现出不均匀性，靠近台肩的螺纹牙承担了大部分载荷，而占大多数的中间段螺纹牙仅承担了一小部分载荷。在上扣扭矩、轴向拉伸与弯矩载荷分别作用下，最大Von-Mises应力均位于公扣大端第一个啮合螺纹牙处。弯矩的作用使接头的受力呈现明显的不对称特性，受拉一侧的Von-Mises应力要大于受压的一侧。本文方法具有很好的通用性，也适用于其他钻杆接头。文章对具有环状沟槽仿生表面形态的钻杆接头在轴向拉伸和弯矩载荷作用下进行了模拟。结果表明：具有仿生表面形态的钻杆接头轴向抗拉伸和抗弯矩性能都要优于普通钻杆接头。通过对螺纹牙上所受应力的分析，阐明了具有仿生表面形态的钻杆接头抗拉伸和承载更大弯矩的原因。本文设计了一个钻杆接头小型螺纹连接试样，试样中的螺纹等的尺寸都相应的缩小，用该试样完成疲劳试验。依据试验优化设计与仿生学原理，设计了9种不同宽度和间距的环状沟槽仿生表面形态，通过激光雕刻技术将其加工于钻杆接头试样台肩区域。其后进行的硬度测试表明，激光加工后的仿生表面形态提高了加工区域的硬度。采用旋转弯曲疲劳试验方法进行钻杆接头试样疲劳强度试验，依据试验优化设计原理安排试验方案并进行试验，优选出具有最优抗疲劳性能的仿生表面形态。将优选出的仿生表面形态接头试样与普通形态接头试样疲劳性能对比，仿生接头试样的抗疲劳性能明显优于普通形态接头试样，并分析了其抗疲劳机理。仿生试样抗疲劳性能模拟和试验的研究结果表明，合理设计环状沟槽表面仿生试样的沟槽尺寸，能够提高试样的抗疲劳能力，本文将这种方法应用于钻杆接头抗疲劳设计中。