大量复杂结构系统,例如航空发动机、飞行器、车辆和武器系统等是由不同的零部件组合而成的。以武器系统为例,其由战斗部、动力装置、制导系统和弹体四大部件组成,各部件由种类繁多的零件组成。零件与零件、零件与部件、部件与部件之间通过不同的连接结构进行组合装配,形成系统。在外力作用下,连接接触部位复杂的微、宏观滑移现象会对系统整体力学行为产生显著的影响,造成结构系统刚度非线性,引起结构阻尼,并产生能量耗散。已有研究表明,由连接接触滑移所引起的能量耗散是结构阻尼的重要来源,占到整体阻尼的90%。在复杂的组合工程结构系统动力学分析中,采用直接数值模拟(DNS,direct numerical simulation)方法往往会受到计算规模和时间步长的限制而不可行。例如,航空发动机整体具有米级尺度,而有效描述连接力学行为的单元为10-5米级尺度;另一方面,达到稳态响应需要数秒的计算时长,显式时间步长将在纳秒量级。综合这两方面的因素可知,问题的规模和总时步将异常庞大而使计算无法进行下去。因此,开展连接接触非线性特性研究,建立描述其非线性力学行为的理论模型,有效降低这类问题的求解规模和总计算时步,具有重要的意义。本文针对复杂结构系统中广泛存在的连接接触问题,提出可以描述连接接触非线性力学行为的连接结构本构模型,开展了理论推导、数值计算和实验研究工作。本文的主要研究内容为:在Goodman能量耗散模型基础上,针对实验研究所采用的平板搭接结构,建立了可以更准确反映能量耗散幂次关系的修正摩擦能量耗散模型。该能量耗散模型在一定情况下可以退化为库仑摩擦能量耗散模型和Goodman能量耗散模型。在Segalman四参数Iwan模型和Song的改进Iwan模型基础上,进一步提出了含截断幂律分布和双脉冲函数的六参数Iwan模型。推导了六参数Iwan模型的骨线方程、卸载方程和能量耗散的解析表达式。提出了基于连接结构实验的参数识别方法。根据六参数Iwan模型刚度方程,提出了基于位移的算数级数、基于位移的几何级数、基于刚度的算数级数和基于刚度的几何级数四种离散化方法。开展了连接结构单自由度模型的数值计算,讨论了不同的离散化方法和不同的Jenkins单元个数对计算精度的影响。开展连接结构静、动态力学实验,讨论了接触表面粗糙度、螺栓预紧力矩和螺栓排布方式对螺栓连接结构力-位移关系和能量耗散特性的影响。实验研究结果显示,螺栓在重复使用后,螺纹与连接结构试件表面均发生了不可逆转的磨损破坏,预紧力显著降低。接触表面越粗糙,能量耗散越小;预紧力矩越大,能量耗散越小;在相同预紧力情况下,螺栓个数越多,试件能量耗散越大;相同螺栓个数情况下,串联试件的能量耗散大于并联试件。力-位移曲线实验结果表明,预紧力矩越大,宏观滑移力也越大。在微观滑移和宏观滑移的过渡阶段,力-位移曲线出现峰值后逐渐降低,随后接触表面发生宏观滑移。设计了含三组单螺栓连接件的薄壁圆筒组合结构,开展了正弦扫频实验和定频激励实验,建立了薄壁圆筒有限元模型,采用离散六参数Iwan模型描述螺栓连接件,开展有限元数值计算。实验研究结果显示,随着激励量级的增加,薄壁圆筒组合结构响应中的共振峰出现了向低频方向漂移,整体结构呈现刚度软化现象。随着激励频率的增大,薄壁圆筒不同测点处的加速度曲线幅值出现了不同程度的放大。当激励频率较低时,薄壁圆筒顶端4个测点在z方向的加速度-时间关系计算结果与实验结果符合较好。随着激励频率的增大,加速度的幅值逐渐放大,计算结果与实验结果逐渐偏离。开展了六参数Iwan模型适用性研究。首先开展含修正摩擦模型的平板搭接结构有限元数值计算,根据计算结果对六参数Iwan模型进行参数辨识,开展离散化数值计算。离散化Iwan模型能量耗散计算结果与修正摩擦模型能量耗散计算结果符合较好。根据螺栓连接结构静、动态实验结果开展六参数Iwan模型应用研究。研究结果表明,Goodman能量耗散模型的幂次关系为3.0,与实验结果相比偏差较大。基于修正摩擦模型的平板搭接结构能量耗散模型幂次关系为2.754,与实验结果2.786基本一致,且能量耗散结果与实验结果符合较好。与Goodman能量耗散模型相比,所提出的平板搭接结构能量耗散模型可以到更准确地描述平板搭接结构能量耗散特性。接触界面在宏观滑移阶段存在残余刚度现象,且能量耗散的幂次关系介于2.4-2.9之间。所提出的六参数Iwan模型可以同时描述这两个现象,且预测结果更好。与其它三种离散化方法相比,基于刚度的几何级数离散方法可以得到精度较高的计算结果。不同工况的参数辨识结果与实验结果均符合较好,六参数Iwan模型可以准确描述螺栓连接结构非线性力学行为。