目的

螺栓连接的一系列优点体现出了当下对螺栓连接的重视和研究，同时由于复杂的受力等各种情况，传统力学很难分析其结构和受力，所以螺栓连接结构的有限元建模体现了它的优越性和方便性。螺栓连接是机载设备设计制造中常用的连接方式之一，具有加工简单，装备方便，承载能力强，可靠性高等一系列优点，被广泛应用于各种工程领域。而实际工程中，螺栓连接处往往是整个结构中刚度相对较弱的部位，外界载荷作用下，螺栓连接状态会发生改变，出现松动，滑移，甚至断裂等现象，影响连接结构正常工作，严重时会对工作人员造成人身伤害。由于螺栓结构多样性和安装环境不确定性，造成螺栓连接力学作用相当复杂，很难建立起模型进行设计计算。为了实现螺栓连接结构的预期物理行为，需要建立包括螺栓预紧力，外力和接触界面处摩擦特性在内的三维螺栓连接模型。合理处理螺栓节点的连接方式,使其在静动力有限元分析时尽可能真实地反映结构的力学行为,是影响有限元建模可信度的重要问题。

此外,结构有限元模型与实际结构之间不可避免地存在着误差,有限元模型修正技术是有限元精细化建模的重要手段。结构有限元模型修正一般是基于结构静动载试验结果来修正、更新有限元模型的刚度、质量、几何尺寸等参数的取值对经典的结构模态分析理论进行对比分析,重点阐述粘性阻尼和结构阻尼系统的模态分析理论,在此基础上分析了焊接、螺接、铆接等典型连接的机械力学特性,以及在工程领域中对这些连接结构的处理经验,借助于ANSYS软件建立典型机械连接结构的有限元模型。

传统力学的分析方法是对螺栓进行强度校核，运用力的分解和平移方法算出力学平衡方程，使用理论和经验公式，理想化与公式化方面出发，然而没有考虑到部件的整体性，力的传递途径，部件局部细节等。通过ANSYS有限元分析，整体建模，局部细化，可以弥补传统力学的不足，ANSYS提供单元模拟螺栓连接，过程容易，计算起来更加准确，结果更可靠，达到螺栓有限元建模分析的研究目的。

意义：

各种螺栓连接方式同时也决定了它的强度和稳定。对于螺栓的连接是否满足强度要求，关系到机械设备的稳定性和安全性。为了便于机器的制造，安装，运输，维修，以及提高劳动生产率等，广泛运用于各种连接。键连接，销连接，铆连接，焊接，胶接等，其中螺栓连因为其方便，经济，可靠，最常用，最广泛，因而研究其在不同情况下的连接分析至整个国民经济增长具有重要意义。所以可靠的连接是机械设备及其零部件正常安全高效工作的必然要求，所以进行螺栓的模拟分析的设计计算是发展生产的必然要求，具有重大的理论和现实意义。

由于螺栓连接中，连接件和被连接件相互之间的作用力较复杂，因此，在有限元分析中，需要有针对性的简化。螺栓连接结构的仿真分析,建立了单体螺栓连接有限元模型和螺栓法兰有限元模型.理论计算和仿真分析均表明,在施加拧紧力矩后,装配应力主要产生在实体螺栓的螺头、垫圈和被连接件之间;与此同时,最大应力值也出现在螺母与螺杆连接处.模态分析表明,螺栓预紧力的大小对结构的影响很小.对于螺栓法兰连接结构,由装配引起的应力变化和分布也局限在各螺栓附近,其余部位影响甚小.螺栓连接中，螺栓预紧力和相互接触是比较重要的特性，他们对结构的静态特性和动态特性的影响非常大，对于螺栓连接结构中的接触应力和连接刚度，许多科研工作者通过对理论研究计算和有限元的建模仿真分析，并且加以试验验证，对螺栓连接进行大量的研究分析，得到了很多有价值的，可以借鉴的结论，螺栓的连接和应力的分析是有限元仿真建模的难点。通过对螺栓连接应力分布理论计算，基于有限元分析软件ANSYS,对螺栓连接进行精细化建模，并施以局部接触和螺栓预紧力，通过理论计算结果来验证有限元建模的准确性和实用性。ANSYS workbench 虽然没有通用三维软件的强大和便捷，却能很好的兼容其他三维软件所绘制模型，并可以相互交换数据，对于分析螺栓有限元建模分析和研究具有重要的意义。

研究背景（国内外现状分析）：

模型确认技术在国外成为研究热点，自90年代起，西方运用大量的来研究和验证仿真模型的有效性和可信度，即模型确认。受国外研究机构推动，模型确认技术已经在流体计算力学建立技术标准或技术框架，同时国内外人士将其首先应用于机械领域，美国科学院首次用于螺栓连接之间的受力分析与建模研究，来达到第一次融合应用。

2008年，中国工程物理研究院与国家自然科学物理基金委员会于2008年批准了“工程结构数值模拟的模型验证与确认方法研究重点项目，确认了有限元建立模型在螺栓结构中的重要性。