1.3.1 螺栓结合部的影响因素研究

螺栓结合部由螺栓头结合面、法兰结合面和螺纹结合面3个结合面组成（见图1-2），这3个结合面与螺栓之间相互耦合、相互影响。即使是最简单的单螺栓加载的平面结合结合部，其特性受组成螺栓结合部的螺栓规格、螺纹联接的长度、螺栓的数量、法兰的厚度、螺栓预紧力的大小等多种因素的影响，其结构也是复杂的。

图1-2 螺栓结合部

螺栓结合面表面质量对结合部刚度起着重要的作用，车削、铣削加工出来的工作表面的表面粗糙度较大，对结合部刚度的影响较为明显，磨削表面和刮研表面的表面粗糙度较小，表面粗糙度对结合面的刚度影响也较小。另外，如果结合表面出现不平整度偏差或波纹，那么就会出现结合面刚度恶化的情况。Thornley分别使用动物脂和油作为结合面的介质，得到除了研磨表面外，介质对结合面刚度的影响很小的结论。清水伸二等指出螺栓头的形状和大小可以影响结合面压力的分布，结合面压力的分布很大程度上取决于法兰材料、法兰厚度和结合面表面质量，加工方法对结合面螺栓孔区域的面压有较大影响，结合面压力分布、结合部刚度及结合部周围刚度之间的关系更加密切。

赵功、王宝瑞等人针对高精度空气静压轴承中的螺栓结合部进行了动态特性研究，指出组成结合面的构件的材料、接触面的形貌、接触面的几何精度、接触面的接触形式等因素都影响着螺栓结合部的动态特性,螺栓预紧力的影响较为显著。通过有限元仿真和试验模态两种方法分析,得出螺栓结合面固有频率随着螺栓预紧力的增加而增加的结论。

李玲、蔡安江等人基于统计学,分析了表面粗糙度、法向载荷对螺栓结合部刚度的影响,发现法向载荷的大小影响结合面微观形貌特性,载荷越大,真实接触面积越大,表面粗糙度越小；螺栓结合部的刚度与法向载荷呈线性关系，在相同法向载荷下,表面粗糙度越小，螺栓结合部的刚度越大。

Ungar通过试验研究了螺栓分布、预紧力、法兰材料及表面粗糙度对结合部耗能的影响，他发现垂直于结合面方向的运动比结合面本身的滑移对螺栓结合部阻尼特性的影响大。

杨国庆等人针对圆形分布的多螺栓结合部，应用有限元分析软件，研究了螺栓结合部螺栓头和螺纹的等效变形，得出在一定的弹性模量、泊松比范围内，当被联接件具有相同厚度、材料时，材料的弹性模量、泊松比越大，被联接件的法向总刚度越大的结论。

J.Fernández等人利用有限元仿真和数据挖掘技术建立了螺栓结合部特性的预测模型，该模型在有限元分析中采用不同的法兰厚度、螺栓规格大小和摩擦系数来分析螺栓联接在受到切向外载荷时发生滑动的最大外力值，同时分析在发生滑动时结合面上的最大应力值。

王颖、秦绪鑫等人应用有限软件ANSYS，将螺栓结合部简化为梁单元，得出螺栓固有频率与螺栓预紧力之间基本上呈线性关系。

杨辉、韩江等人在考虑板与板、螺栓与板间非线性接触，摩擦和螺栓预紧力等影响因素的基础上，构建了螺栓联接结构的三维有限元分析模型。他们假设被联接件压应力呈圆锥体分布，推导出接触应力分布三次数学表达式，并分析不同被联接件厚度、不同螺孔间隙及不同螺母直径对结合面刚度的影响规律，获得了结合面刚度计算经验公式。

陈水胜、胡海等人建立了真实结合面联接特性的分布参数模型，分析了螺栓结合面阻尼的产生机理及影响阻尼的主要因素；通过对螺栓联接件的受力分析，得出结合面间的压力随着与螺栓距离的增加而减小，最大值出现在靠近螺栓的部位，并得出螺栓联接切向载荷与能量损失之间的关系。

Sayed A.Nassar等人发现螺栓结合部的法兰结合面接触面积、孔间隙、联接件的直径与厚度的比值、被联接件的材质和厚度、螺栓头结合面的接触半径比都影响着螺栓结合部的刚度，而法兰结合面接触面积和螺栓头结合面的接触半径比这两个参数对螺栓结合部的刚度影响最大。在一些特殊情况下，适度增加这两个参数中的某一个参数，会使螺栓结合部的刚度增加50%以上。

方栋、陈继志以螺栓型号为M56的高强度螺栓结合部为例，应用ANSYS软件分析了螺栓结合部螺纹参数对螺纹联接的影响。研究结果表明：①螺栓结合部的最大应力在螺栓螺纹根部，在螺纹啮合的第一扣；②对于M56的螺栓结合部，增大螺纹根部圆角半径在一定范围内可以改善螺栓结合部的应力集中现象；③增大螺纹联接的长度可以有效减小螺栓结合部螺纹根部的应力；④螺纹的螺距对螺纹根部的应力影响不大。

现阶段虽然关于螺栓结合部影响因素的研究很多，各国学者也总结出了多种规律及经验公式，但是这些成果都是只针对某一特定条件下的结论，不具有通用性。