石油钻机井架是钻机的重要承力部件之一，承受着主要的钻井载荷，其钢结构井架杆件多、连接复杂，受力环境恶劣，使用工况复杂，因强度不够、失稳而破坏的情况在国内外都曾发生过。因此，将有限元技术应用于钻机井架的设计中，不但能提高设计速度，而且能使产品满足刚度、强度、稳定性要求。 本文首先对钻机井架设计、制造，以及井架工作现场进行了全面的调研，查阅了国内外同类产品的研究动态，针对井架的实际情况，经过合理的简化和技术处理利用新型可显示截面形状的 beam188单元建立了井架JJ114/42的有限元力学分析计算模型；进而仔细研究API石油行业标准，确定了井架外载荷计算公式和需要进行计算分析的四种危险工况：最大吊重工况、正常吊重+70％大风载荷工况、满立根大风等候天气工况和最大风载荷工况；然后，对模型进行了静力分析求解，得出了井架在不同工况下的应力分布和变形规律。最后，在仔细研究静力分析结果的基础上对井架的主要承载构件四条主大腿进行了优化设计。 考虑到井架的应力分布情况和材料利用率，本文采用在井架大腿侧面加焊钢板的方式来改变井架大腿截面形状、增加井架大腿抗弯刚度和抗扭刚度，以此对大腿进行优化设计。优化得出最优方案为在井架前大腿底部侧面10.5m以下加焊6mm钢板，经比较，优化后井架最大等效应力104MPa较优化前减小20％，应力分布也比优化前更均匀，不仅延长了井架寿命，也提高了材料利用率。 本文所得结论可为井架设计者提供有益的参考，以便设计出优质价廉、安全可靠的新型井架。