大直径阶梯式冲击反循环钻机在当前桥梁建筑、水利设施,特别是高铁工程等的桩孔施工中有着极其重要的应用。单纯类比小钻头的结构而进行的非优化设计及欠规范的制造工艺,是大钻头在应用中结构件、焊缝处断裂的根本原因,并导致了当前大直径钻头使用寿命极低的现象。本文主要针对YCJF-25型冲击钻头进行了受力研究。在建立钻头三维实体和受力模型的基础上,采用有限元方法对大直径钻头的应力场和振型进行了深入的研究,探明了钻头结构的应力分布规律和振型特点,建立了钻头结构参数与应力分布之间的联系,研究了钻头破坏的宏观力学原因。研究表明,钻机工作参数的冲击高度和冲击频率有一定的相关性,提高冲击高度比提高冲击频率更有利于增大钻头对地层的冲击功。本文针对大直径反循环冲击钻头进行了模态分析,得到了钻头的模态分析图,研究了钻头的冲击频率与固有频率对钻头破坏的影响关系。在此基础上,本文提出大直径阶梯式冲击反循环钻头结构优化设计方案,以降低钻头应力集中和优化钻头振型,从而提高钻头强度,延长其使用寿命。该研究成果可为大直径反循环冲击钻头的设计提供理论依据,对提高钻头使用寿命具有一定的理论意义和工程应用价值。