螺栓连接结构以其结构简单、可靠性高和方便拆卸等优点被广泛应用于各种工程结构之中,如航天器间的对接、风力发电机主轴等结构。但是螺栓连接结构在承受各种载荷时会造成张紧力下降的松动失效问题,甚至会出现断裂失效等危及到结构安全性的问题,降低了结构的可靠性,但是大多数螺栓连接结构在断裂之前都已经发生了松动失效。所以本文针对松动失效及防松问题进行系统研究,主要内容如下:1.采用二维轴对称有限元模型研究螺纹承载分布情况,并与Sopwith方法、Yamamoto方法和离散化方法三种理论方法对比,结果与理论方法有很好的一致性。另外研究了影响螺纹承载分布的各个因素,如边界条件、螺纹啮合个数、螺栓和螺母弹性模量之比、螺母净厚度、摩擦系数和螺距等。研究表明力和边界在异侧时可以显著提高螺纹承载分布均匀性,另外还可以通过减小螺母弹性模量、减小螺距以及采用修型技术来提高螺纹承载分布均匀性,进而提高螺纹的使用寿命。2.采用试验的方法研究螺栓连接在横向载荷作用下的松动失效形式,结果表明重复拆卸多次的螺母与防松螺母具有相似的防松属性,即张紧力的降低都可以分为三个阶段,但是多次拆卸的螺栓螺母抵抗振动的次数比防松螺母少。各种防松螺母中Hard-lock螺母及压三点施必牢螺母防松性能较好。另外,建立螺栓三维精细有限元模型,采用有限元及试验的方法研究影响横向载荷作用下螺栓连接松动的各个因素,结果表明振幅、预紧力及摩擦系数的影响较大,且它们的影响是相互依赖的。惯性力可以减缓松动的发生,振动频率对松动的影响很小。3.基于有限元及试验的方法研究双螺母的防松机理,研究发现只有在双螺母预紧达到对顶锁紧阶段时才会具有防松效果,此阶段的接触状态为主螺母螺纹下表面与螺栓螺纹上表面接触产生反作用力,即产生对顶效果。达到对顶锁紧状态时,副螺母与主螺母的预紧扭矩关系与螺纹配合公差、螺栓公称直径及摩擦系数有关。4.螺栓连接在温度载荷作用下的松动机理主要包括塑性变形引起的松动及螺栓与螺母的相对运动引起的松动。采用二维轴对称有限元模型研究塑性变形引起的松动,结果表明较高的温度循环幅值、较高的预紧力及较高的被连接件与螺栓的热膨胀系数之差都会造成较多的塑性变形,张紧力下降的也更多;采用三维精细有限元模型研究相对运动引起的松动,结果表明温度循环幅值越大、预紧力越低及螺母与螺栓的热膨胀系数之差越大都会造成更多的相对运动,从而张紧力下降也更快。另外,对于螺纹配合齿数,则建议最少为3个。5.研究在旋转载荷作用下螺栓头固定及不固定情况下的松动机理,基于Sakai提出的螺母固定螺栓头自由情况的松动理论,验证了该理论同样适用于螺栓头固定螺母自由的情况。同时,对于螺栓头及螺母都自由情况时提出了松动理论判据,指出此种情况存在两种松动失效形式,第一是螺栓头部转动造成的松动失效,第二是螺母转动造成的松动失效,并且基于有限元分析验证了此理论的正确性,误差在5%以内。另外,分析指出在旋转载荷作用下的松动原因为接触面的完全滑移,局部滑移并不会造成松动失效。