1.3.1 螺栓結合部的影響因素研究

螺栓結合部由螺栓頭結合面、法蘭結合面和螺紋結合面3個結合面組成（見圖1-2），這3個結合面與螺栓之間相互耦合、相互影響。即使是最簡單的單螺栓加載的平面結合結合部，其特性受組成螺栓結合部的螺栓規格、螺紋聯接的長度、螺栓的數量、法蘭的厚度、螺栓預緊力的大小等多種因素的影響，其結構也是復雜的。

螺栓結合面表面質量對結合部剛度起著重要的作用，車削、銑削加工出來的工作表面的表面粗糙度較大，對結合部剛度的影響較為明顯，磨削表面和刮研表面的表面粗糙度較小，表面粗糙度對結合面的剛度影響也較小。另外，如果結合表面出現不平整度偏差或波紋，那么就會出現結合面剛度惡化的情況。Thornley分別使用動物脂和油作為結合面的介質，得到除了研磨表面外，介質對結合面剛度的影響很小的結論。清水伸二等指出螺栓頭的形狀和大小可以影響結合面壓力的分布，結合面壓力的分布很大程度上取決于法蘭材料、法蘭厚度和結合面表面質量，加工方法對結合面螺栓孔區域的面壓有較大影響，結合面壓力分布、結合部剛度及結合部周圍剛度之間的關系更加密切。

趙功、王寶瑞等人針對高精度空氣靜壓軸承中的螺栓結合部進行了動態特性研究，指出組成結合面的構件的材料、接觸面的形貌、接觸面的幾何精度、接觸面的接觸形式等因素都影響著螺栓結合部的動態特性,螺栓預緊力的影響較為顯著。通過有限元仿真和試驗模態兩種方法分析,得出螺栓結合面固有頻率隨著螺栓預緊力的增加而增加的結論。

李玲、蔡安江等人基于統計學,分析了表面粗糙度、法向載荷對螺栓結合部剛度的影響,發現法向載荷的大小影響結合面微觀形貌特性,載荷越大,真實接觸面積越大,表面粗糙度越小；螺栓結合部的剛度與法向載荷呈線性關系，在相同法向載荷下,表面粗糙度越小，螺栓結合部的剛度越大。

Ungar通過試驗研究了螺栓分布、預緊力、法蘭材料及表面粗糙度對結合部耗能的影響，他發現垂直于結合面方向的運動比結合面本身的滑移對螺栓結合部阻尼特性的影響大。

楊國慶等人針對圓形分布的多螺栓結合部，應用有限元分析軟件，研究了螺栓結合部螺栓頭和螺紋的等效變形，得出在一定的彈性模量、泊松比范圍內，當被聯接件具有相同厚度、材料時，材料的彈性模量、泊松比越大，被聯接件的法向總剛度越大的結論。

J.Fernández等人利用有限元仿真和數據挖掘技術建立了螺栓結合部特性的預測模型，該模型在有限元分析中采用不同的法蘭厚度、螺栓規格大小和摩擦系數來分析螺栓聯接在受到切向外載荷時發生滑動的最大外力值，同時分析在發生滑動時結合面上的最大應力值。

王穎、秦緒鑫等人應用有限軟件ANSYS，將螺栓結合部簡化為梁單元，得出螺栓固有頻率與螺栓預緊力之間基本上呈線性關系。

楊輝、韓江等人在考慮板與板、螺栓與板間非線性接觸，摩擦和螺栓預緊力等影響因素的基礎上，構建了螺栓聯接結構的三維有限元分析模型。他們假設被聯接件壓應力呈圓錐體分布，推導出接觸應力分布三次數學表達式，并分析不同被聯接件厚度、不同螺孔間隙及不同螺母直徑對結合面剛度的影響規律，獲得了結合面剛度計算經驗公式。

陳水勝、胡海等人建立了真實結合面聯接特性的分布參數模型，分析了螺栓結合面阻尼的產生機理及影響阻尼的主要因素；通過對螺栓聯接件的受力分析，得出結合面間的壓力隨著與螺栓距離的增加而減小，最大值出現在靠近螺栓的部位，并得出螺栓聯接切向載荷與能量損失之間的關系。

Sayed A.Nassar等人發現螺栓結合部的法蘭結合面接觸面積、孔間隙、聯接件的直徑與厚度的比值、被聯接件的材質和厚度、螺栓頭結合面的接觸半徑比都影響著螺栓結合部的剛度，而法蘭結合面接觸面積和螺栓頭結合面的接觸半徑比這兩個參數對螺栓結合部的剛度影響最大。在一些特殊情況下，適度增加這兩個參數中的某一個參數，會使螺栓結合部的剛度增加50%以上。

方棟、陳繼志以螺栓型號為M56的高強度螺栓結合部為例，應用ANSYS軟件分析了螺栓結合部螺紋參數對螺紋聯接的影響。研究結果表明：①螺栓結合部的最大應力在螺栓螺紋根部，在螺紋嚙合的第一扣；②對于M56的螺栓結合部，增大螺紋根部圓角半徑在一定范圍內可以改善螺栓結合部的應力集中現象；③增大螺紋聯接的長度可以有效減小螺栓結合部螺紋根部的應力；④螺紋的螺距對螺紋根部的應力影響不大。

現階段雖然關于螺栓結合部影響因素的研究很多，各國學者也總結出了多種規律及經驗公式，但是這些成果都是只針對某一特定條件下的結論，不具有通用性。