螺栓法兰连接结构广泛应用于航空航天、核电站、化工机械等大型工业装备中。这些装备结构经常工作在复杂多样的外载荷环境中,在连接部位会受到拉、压、弯、剪等多种载荷的单独或共同作用,导致连接部位对结构变形状态敏感,令结构表现出非线性特性。因此,开展螺栓法兰连接结构的动力学特性分析在装备结构设计及预研阶段至关重要。为了快速有效的研究外激励作用下含剪力销(锥)的螺栓法兰连接结构动力学响应特点,本文通过将连接结构的接触非线性问题转化为拉压不同刚度的材料非线性问题,基于非线性弹簧模型建立多自由度简化动力学模型,对连接结构耦合振动及其在多种激励下的动力学特征进行分析,讨论了特定参数对简化动力学模型响应的影响,分析了开展动力学控制的关键参数,最后,将简化建模方法应用到箭体结构动力学分析中,并通过与某型实际箭体的试验测试数据的对比验证了简化建模方法的有效性。本文主要研究内容为以下几方面:1.根据螺栓法兰连接结构静力实验及受力分析结果,建立了含剪力销(锥)螺栓法兰连接结构的动力学简化模型。以三自由度质量-双线性弹簧系统表征连接结构非线性特性,并对模型精度进行了验证;针对连接结构简化动力学模型运动方程在三个自由度全耦合的问题,阐述了系统自由度的解耦条件,并分析了纵向振动与剪切振动的耦合振动频率特点与关系。2.基于已建立的螺栓法兰连接结构简化动力学模型,分析了不同载荷激励下系统的瞬态响应特性。结果表明,在弯曲方向与纵向频率比不同的情况下,系统会出现超谐振动或亚谐振动,甚至伴随双共振波峰现象;与经典线性系统模型进行对比,阐明线性模型在分析结果上过于保守。同时,揭示了剪力销倾角的存在会引发连接结构中“力的转向”效应,即横向载荷作用部分地转移至纵向响应上;绘制了弯曲方向激励下剪力销倾角在0°至40°间的螺栓最大拉力响应等高图,探索连接结构在冲击激励下的瞬态响应特点。3.根据螺栓法兰连接结构在实际工况中受弯、剪、扭组合作用的特点,考虑剪力销的影响,建立了两种质量-非线性弹簧系统作为简化动力学模型。讨论了弯剪组合作用及扭转作用下的系统振动特性与耦合关系;研究了锥角不同、装配间隙不同对螺栓最大拉力的影响,指出在弯、剪、扭组合作用下剪力销倾角较好的设计区间及装配间隙。并且,基于有限元对比分析了不同简化连接结构模型的动力学特性。4.在考虑螺栓法兰所连接部件纵向弹性特征的基础上,为螺栓法兰连接结构建立了新的三自由度质量-双线性弹簧简化动力学模型,并给出了动力学方程自振频率数值解。在纵向激励下,分析了系统的瞬态响应特征;讨论了系统在不同激励方向下的稳态响应特征,并分析了基于刚体假设的系统与当前保持弹性特征的系统响应对激励频率的敏感性差异。5.建立多连接箭体结构的简化非线性动力学模型,并依据试验实测数据完成简化动力学模型的验证。通过等效梁模型结合局部三维有限元精细模型的混合建模的方法,研究了部分舱段结构的局部刚度变化对振型及惯性部件安装位置振型斜率影响;基于模态分析,讨论了舱体开口加强圈梁刚度变化、载体十字梁截面变化、连接固定支座刚度变化以及壳体壁厚变化对振型斜率的影响。基于结构振型等效原则,建立了含有多个非线性连接面的火箭整体结构简化动力学模型,将舱段的质量、刚度和剪力销倾角作为参数对结构内各连接面中螺栓最大拉力以及舱段最大轴力影响展开讨论。最后,结合某型号火箭整体结构的实测数据对含有多连接面非线性区域简化动力学模型进行验证。