近年来,钻具被广泛应用于建筑工程、采矿工程、石油工程和航空航天等领域,对钻具的力学和热力学参数检测也变得日益复杂,因此必须选择合适的传感器对其进行实时监测,以确保工程的可靠性,并降低成本。传统的电磁式传感技术已经远不能满足高精度的要求,光纤光栅传感作为一种新兴的传感技术,具有电磁式传感器无法企及的优点,其精度高、质量轻、体积小,并且抗干扰,在实际工程中的应用变得越来越广泛。钻具在钻进过程中通常会受到轴向力、弯矩和扭矩的综合作用,同时会伴随着温度的升高,受力过大或温度过高都会影响钻具的性能,使其不能正常工作,甚至有可能导致钻进系统损坏和人身伤亡事故。因此,在钻进系统设计时,尤其是在对功耗和质量要求很高的工程中(如航空航天工程),分析和检测钻具的力学和热力学参数是非常必要的。本文基于ANSYS/LS-DYNA有限元仿真,对钻具的力学参数和热力学参数进行了分析,并对其进行了实验测量。本文研究的内容主要包括以下几个方面：1.系统地分析了光纤光栅的传感特性、解调方法及应用现状,简述了钻具力学和热力学参数检测技术的国内外现状。2.分析了光纤光栅对应变和温度的传感原理,基于热力学的基本原理对钻具钻进过程的热传递情况进行了分析,介绍了钻具所受轴向力、弯矩和扭矩的分离原理及修正方法。3.通过建立钻具和工件模型对钻具钻进工件过程进行了仿真分析,得到了钻具的温度场分布情况,最后通过对钻具进行静力学仿真分析,得到了钻具的应力分布情况和进行压弯扭分离的修正参数△和尼。根据仿真结果,确定了钻具的应力和温度检测节点。4.利用光纤光栅传感器对在压弯扭复合载荷下的铝合金圆管的待测横截面处所受到的轴向力、弯矩和扭矩进行了测量,对在钻具钻进工件这一动态过程中钻具所受到的轴力、弯矩、扭矩和温度进行了监测。通过比较实验结果与理论及仿真结果,验证了利用光纤光栅检测钻具力学和热力学参数的可行性。该研究为工程上对钻具力学和热力学参数的检测提供了-种新的方法。