螺栓连接是最常用的结构连接形式,在传递力与运动、保证密封结构密封性等方面具有不可替代的作用。连接件的力学性能制约着连接结构整体性能的发挥,但由于其应用场合、服役条件、安装情况及后期维护等不定因素,连接失效难以完全避免,而一旦连接结构发生失效,尤其是重要连接部位的失效,会造成非常严重的后果。松动失效作为主要失效形式之一,在松动初期可能并不会影响机械设备的正常运行,但是随着松动的进一步加剧,可能会造成整个结构的失效,进而引发重大安全生产事故。为了降低由于螺栓松动带来的不良后果,研究螺栓连接的松动机理具有重要的理论及工程实用价值。本文围绕螺栓连接松动机理展开研究,开展了相关理论及试验研究,主要包括:利用悬臂梁结构在夹持边界条件下自由振动的非线性动响应理论解,并将结构非线性响应的二次谐波振幅与基频振幅响应的比例系数r作为连接松动判别的特征量;建立了考虑接触的有限元模型,使用非线性求解器对夹持结构的非线性动响应进行求解;同时开展了不同夹持力下的悬臂结构振动实验,仿真和实验研究结果均表明随着夹持力的增加,结构非线性动响应信号的二次谐波振幅呈下降趋势,振幅比值r呈幂指数下降。研究结果表明,二次谐波振幅与基频振幅的比值r可以作为表征结构松动状态的判据。针对连接部位应力不均匀分布的金属螺栓连接结构,建立了考虑预紧力和接触的螺栓连接结构三维实体有限元模型,计算了不同螺栓预紧力下螺栓部位的应力分布情况及连接结构悬臂端的动响应,证明结构松动特征量r会随着螺栓预紧力的增大而变小。同时,开展了金属螺栓连接结构在振动台不同激励条件下的松动试验,使用采集到的不同拧紧力矩下螺栓连接试验件在经历高低量级激励后的位移响应信号,求解松动判别特征量(比例系数r)并结合测得的应变数值求得螺杆轴力(即夹紧力)的变化,综合判定连接结构的松动状态。为了适应高温、高压及强振的严苛工作环境,特殊连接部位使用传统材料很难满足工程要求,必须使用高温性能更优的复合材料。保证服役阶段连接性能可靠是促进复合材料广泛应用的关键问题之一。针对三维编织C/C复合材料螺栓连接试验件,分别进行了常温及高温环境下不同振动台激励条件的振动试验;常温环境下使用松动判别特征量,结合结构基频的变化,判定连接结构常温环境下各阶段的松动状态;高温环境下使用短时傅里叶变换得到连接结构试验各阶段的时频图,结合结构松动特征量综合判定了连接件各阶段松动状态。试验证明此连接形式,在高温环境下对于低量级振动激励防松性能可靠;而在高量级振动激励环境下防松性能需进一步改进;证明了松动判别特征量r在高温环境下同样适用。