作为高精尖的大型工业装备,航天器在现代航天工程中扮演着越来越关键的角色。航天器从制造到完成使命这整个寿命周期内,会经历振动、冲击、噪声、加速度和微重力等复杂的力学环境,因此,为了保证航天器的正常服役,其力学性能特别是其结构动力学参数显得尤为重要。航天器是典型的螺栓法兰连接结构,其结构设计应该充分考虑到连接结构的非线性力学行为。本文主要就连接结构的建模方法及其非线性静、动力学特性进行了分析研究,为合理设计航天器提供一定的参考。文章的主要研究内容如下:(1)本文设计了用于研究航天器结构动力学行为的多连接结构,并建立了包含摩擦、接触、间隙、预紧力等结构非线性因素的精细有限元模型。紧接着,本文通过连接结构的静力实验与有限元计算,得到了连接部位的轴力-位移曲线,通过该曲线可以明显观察到,连接结构的拉压刚度不同这一非线性性质,并验证建模方法的有效性。(2)对螺栓法兰连接结构的非线性静力学特性进行了讨论,阐述了连接结构的“杠杆效应”和“环状效应”,利用含螺纹的全六面体精细模型分析了预紧力、螺栓长度、法兰厚度、螺栓位置及有无螺栓盒等条件对“杠杆效应”和“环状效应”的影响。(3)针对Neuber准则和ESED方法只能适用于局部屈服条件下的弹塑性应力集中预测这一局限,提出了Neuber准则和ESED方法的一种改进思想,并将改进的ESED方法用于典型受力状态下含螺纹螺栓的弹塑性应力集中预测,取得比原方法更好的效果。(4)展开了包含连接刚度非线性的简化动力学建模工作,基于多连接结构精细有限元模型和简化动力学模型,研究了航天器多连接结构的瞬态动力学行为。多连接结构的加速度响应结果表明,作用于结构的横向激励会产生横纵耦合振动;此外,内力响应结果揭示了多连接结构的内力变化规律,也表明了现有的简化动力学模型缺乏描述接触—摩擦—滑移过程的机制,为后续工作指出了研究方向。