剪切激励下盲孔螺栓连接结构的松动机理研究

摘要
螺栓是机械设备中常用的紧固件，具有结构简单、装配方便、经济适用等优点。

但在实际工况中由于振动冲击等因素造成螺栓失效，导致很大的隐患，为了探究螺栓连接的松动机制研究人员进行了一系列的试验。

目前对于螺栓连接的研究主要集中在螺栓/螺母的配合结构中，而对于盲孔螺栓连接结构的研究较少。

本文对剪切激励下盲孔螺栓连接结构的松动行为开展研究，并且对盲孔螺栓的疲劳寿命进行分析验证，这对盲孔螺栓连接的实际应用具有重要的指导意义。

本文设计了盲孔螺栓连接结构松动试验的装置，对剪切激励下盲孔螺栓连接的松动行为进行了研究。

对不同参数条件下盲孔螺栓连接的动力学响应以及松动曲线进行讨论，结合螺纹接触界面的损伤形貌分析，深入研究了螺纹接触界面发生的微动行为，进一步揭示了剪切激励下盲孔螺栓连接结构的松动机理。

运用有限元方法对盲孔螺栓连接结构开展研究，分析了螺纹界面间接触状态的变化规律，并结合试验结果验证。

本文获得的结论如下：
(1)盲孔螺栓连接结构的动力学响应结果表明，随着螺栓预紧力的增加，螺纹接触
界面间越不易发生微观滑移；随着载荷幅值的增加，螺纹接触界面间微滑现象
从局部滑移逐渐向完全滑移转变。

(2)螺纹接触界面的损伤形貌分析表明，由于接触界面的载荷分布不均匀，造成损
伤缺陷呈现不连续的特点。

螺纹接触界面的损伤是一种包括疲劳磨损、粘着磨
损、氧化磨损以及磨粒磨损等多种损伤机制的复杂现象。

(3)盲孔螺栓的松动过程分为三个阶段：第一阶段，由于试验机需要逐步加载到设
定的载荷，螺栓轴向力出现轻微波动；第二阶段，由于螺纹接触界面的粗糙峰
被去除以及材料出现塑性变形，导致螺栓轴向力迅速下降；第三阶段，由于接
触界面间发生微动行为，因而造成螺栓轴向力下降的趋势变得平缓。

(4)有限元分析结果表明，随着预紧力的增加，导致螺纹接触界面间不易发生相对
滑动，摩擦耗散能减小。

随着载荷幅值的增加，螺纹接触界面间的磨损明显增
加，因而导致摩擦耗散能增加。

关键词：螺栓连接；剪切激励；松动机理；数值模拟；摩擦耗散
Abstract
Bolted joints are commonly used fasteners in mechanical equipment which has the advantage of simple structure, convenient assembly and economic applicability. Due to vibration impact and other factors, the bolted joints failed in the actual working conditions which cause great safety hazards. Therefore, domestic and foreign scholars have carried out a series of studies on the self-loosening behavior of bolted joints. At present, the research of bolted joints is focused on the bolt/nut connection structure, but there is less research on blind hole bolted joints structure. This paper studied the self-loosening behavior of blind hole bolted joints under shear excitation, and the fatigue life of blind-hole bolted joints is analyzed and verified, these have important guiding significance for the practical application of blind-hole bolted joints.
In this paper, a device for loosening test of blind hole bolted joints is designed, and the self-loosening behavior of blind hole bolted joints is studied under shear excitation. The dynamic response and loosening curve of blind hole bolted joints are discussed under different parameters. The damage morphology of thread contact interface was analyzed, and the fretting behavior of the contact surface is discussed in depth. The loosening mechanism of the blind hole bolted joints is further revealed under shear excitation. The finite element method was used to simulate the blind hole bolted joints. The change rule of contact state between threaded interfaces is studied and analyzed with the test results. The main conclusions of this paper are as follows:
(1)The dynamic response of blind-hole bolted joints shows that the relative slip of the
threaded contact interface decreases with the increase of preload, and the micro-slip phenomenon of the threaded contact interface changes from local slip to complete slip with the increase of load amplitude.
(2)The results of damage morphology analysis of the threaded contact interface show
that the damage defects are discontinuous due to the uneven distribution of load on the contact interface. The damage of thread contact interface is a complex phenomenon which includes fatigue wear, adhesion wear, oxidation wear and
abrasive wear.
(3)The self-loosening process of blind hole bolted joints can be divided into three
stages: firstly, due to the need of testing machine to gradually load to the set load, the axial force of bolts appears light microwave vibration; secondly, because of the removal of asperities on the thread contact interface and plastic deformation of materials, the axial force of bolts drops rapidly; finally, due to fretting wear at the contact interface that the axial force of bolts decreases slowly.
(4)The results of finite element analysis show that the relative slip amplitude and
friction dissipation energy decrease with the increase of preload. With the increase of the load amplitude, the wear phenomenon of the thread contact interface becomes more serious, which leads to the increase of friction dissipation energy.
Key words: Bolted joints; Shear excitation; Self-loosening mechanism; Numerical simulation; Friction dissipation
目录
第1章绪论 (1)
1.1引言 (1)
1.2螺栓连接结构的预紧 (2)
1.2.1 螺栓连接预紧力理论计算 (2)
1.2.2 螺栓连接结构的预紧方式 (4)
1.3螺栓连接的松动行为研究 (5)
1.3.1 螺栓连接结构的松动机理 (5)
1.3.2 影响螺栓连接松动的因素 (9)
1.4微动摩擦学 (11)
1.4.1 微动的定义及其分类 (11)
1.4.2 微动的磨损机制和损伤演变 (12)
1.4.3 工程中常见的微动实例 (14)
1.5螺栓连接的数值模拟 (14)
1.5.1 有限单元法及ABAQUS软件介绍 (14)
1.5.2 螺栓连接的有限元分析 (15)
1.6本文的选题意义和研究内容 (17)
1.6.1 本文的选题意义 (17)
1.6.2 本文的研究内容 (18)
第2章试验材料与研究方法 (18)
2.1螺栓连接结构试验装置 (19)
2.1.1 剪切激励下盲孔螺栓连接结构松动试验装置 (19)
2.1.2 螺纹接触界面摩擦系数测量装置 (20)
2.2试验材料 (21)
2.3盲孔螺栓松动试验参数 (22)
2.4盲孔内螺纹接触界面的损伤形貌分析方法 (22)
2.4.1 内螺纹表面OM形貌分析 (22)
2.4.2 内螺纹试样切割及清洗方法 (22)
2.4.3 内螺纹接触界面SEM形貌分析 (23)
2.4.4 微区化学成分分析 (23)
2.4.5 螺纹牙剖面分析 (23)
2.5本章小结 (23)
第3章盲孔螺栓连接结构的松动机理研究 (24)
3.1剪切激励下盲孔螺栓连接的松动行为 (24)
3.1.1 响应曲线分析 (24)
3.1.2 损伤形貌分析 (25)
3.1.3 松动曲线分析 (28)
3.2预紧力对盲孔螺栓松动行为的影响 (29)
3.2.1 响应曲线分析 (29)
3.2.2 损伤形貌分析 (30)
3.2.3松动曲线分析 (32)
3.3载荷幅值对盲孔螺栓松动行为的影响 (33)
3.3.1 响应曲线分析 (33)
3.3.2 损伤形貌分析 (33)
3.3.3 松动曲线分析 (35)
3.4本章小结 (36)
第4章不同重复使用次数下盲孔螺栓松动试验研究 (37)
4.1盲孔螺栓连接结构的损伤分析 (37)
4.1.1 内螺纹OM形貌分析 (37)
4.1.2 内螺纹SEM形貌分析 (38)
4.1.3 内螺纹剖面损伤分析 (42)
4.2盲孔螺栓连接结构的松动机理 (44)
4.2.1 松动曲线分析 (44)
4.2.2 螺纹接触界面状态分析 (45)
4.3本章小结 (46)
第5章盲孔螺栓连接的数值模拟 (47)
5.1盲孔螺栓连接有限元模型 (47)
5.1.1 有限元模型的建立 (47)
5.1.2 有限元模型的边界条件以及加载过程 (49)
5.2盲孔螺栓连接的有限元分析结果 (50)
5.2.1 螺纹接触圈数的影响 (50)
5.2.2 预紧力的影响 (51)
5.2.3载荷幅值的影响 (53)
5.2.4 接触界面摩擦系数的影响 (54)
5.3本章小结 (56)
结论 (57)
研究展望 (59)
致谢 (60)
参考文献 (61)
攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他科研成果 (69)
第1章绪论
1.1 引言
螺栓紧固件具有结构简单，造价低廉以及拆卸方便等优点，因而被广泛应用在各种连接结构和机械设备中[1]。

从人类进入文明社会开始，螺纹连接就出现在日常生活的方方面面，起初人们用螺纹连接来传送物体、压榨油料以及酿酒等，之后螺纹连接被用来固定物体，这方面最早的记载案例是在武士头盔上用来固定装饰品[2]，到16世纪已经出现螺纹加工装置的草图，并开始对不同螺距的螺纹进行设计[3]。

进入工业社会后，螺纹连接多应用于机器部件的固定以及连接，螺纹连接在机械领域占有十分重要的地位[4]。

此外，为了确保在实际工作中对螺栓连接结构进行便捷的拆卸以及更换，要对螺纹的设计与制造建立统一的标准。

国际上广泛使用的紧固螺纹标准主要是：英国的惠氏螺纹(W)、美国的赛氏螺纹(S)和法国的米制螺纹(SF)[5]。

最早在1841年，Joseph Whitworth对螺纹的设计确立统一的标准，这时的螺纹标准就是惠氏螺纹(W)。

在1864年，William Sellers对惠氏螺纹(W)的牙型角进行调整，形成了赛氏螺纹(S)标准。

1891年，Sauvage在赛氏螺纹(S)的基础上，将螺纹尺寸由英寸制改为米制，得到了欧洲的广泛认可，米制螺纹(SF)标准由此形成。

在一段时间内，由于世界各国的螺纹标准不一，给实际应用中带来很大的不便，1947年国际标准化组织(ISO)成立，为了避免螺纹的使用过程中出现混乱，对米制螺纹(SF)进行了规范，此后全世界的螺纹标准得到统一确立。

螺纹连接作为重要的连接方式普遍应用于各种机械结构中，其对于整个机械结构的安全性与可靠性有着重要的影响，但在实际应用中由于振动、冲击以及工作环境的变化都会引起螺纹连接产生松动、松脱、疲劳断裂等问题，通常会给设备或结构带来难以预估的后果，甚至引起重大的安全事故。

1966年，在日本航空公司正在运行的一架客机上，由于连接发动机的螺栓发生疲劳断裂，发生空难坠入海中。

2015年，沃尔沃汽车公司因车辆配置钢板弹簧悬架的螺栓发生松动，存在安全隐患，召回大量交付后的车辆。

2018年，日本新干线列车由于固定车厢罩壳的螺栓发生松动，导致罩壳脱落并撞击车体，发生安全事故。

据统计数据分析，全球每年因螺栓紧固件发生松动、疲劳断裂造成的直接经济损失超过数十亿美元[6]。

螺栓连接结构的失效经常是从其发生松动开始的，因此对螺栓松动行为的研究一直是研究人员关注的重点。

螺栓产生松动的原因主要是螺纹接触界面发生相对运动引起的，由于接触界面的受载是不均匀的，因而使得螺栓连接的松动行为是一个十分复杂的过程。

目前学术界普遍认为，螺栓的松动主要是由于接触界面之间发生微观滑移和微动损伤[7-11]，但由于螺栓在制造过程中存在一定的偏差，造成试验结果的波动性较大，因而目前对螺栓连接的松动机制缺乏共识。

随着现代技术的不断发展，研究人员引入SEM/EDS/XRD等微观分析方法对螺纹接触界面的微动行为进行研究，并结合螺栓连接的动态响应进行讨论。

此外，相关人员利用有限元分析方法建立螺栓连接结构的数学模型进行研究，并取得了一定成果。

1.2 螺栓连接结构的预紧
在使用螺栓连接结构进行紧固的机械构件中，要先对螺栓进行预紧，即对螺栓施加预紧力，这主要是为了减少螺纹接触界面在工作过程中出现松脱现象，从而保证了紧固件的可靠性、紧密型和安全性。

适当的预紧力对于螺栓连接是有益的，而预紧力过大或者过小都会产生负面效果，预紧力过大会造成螺栓的断裂，预紧力过小会使得螺栓的可靠性变差，因此螺栓的预紧力具有适当的范围。

而由于螺栓规格以及材料的限制，使得不同螺栓的预紧力适用范围不一样，因此在实际中对螺栓的预紧力必须合理地选取[12,13]。

1.2.1 螺栓预紧力理论计算
(1) 预紧力的确定
在国家标准中，螺栓连接结构上施加的预紧力要满足一定的条件，即在螺栓横截面上，由预紧力产生的截面应力要小于材料屈服强度σs的80%，螺栓预紧力P0计算公式如下所示[14]：
合金钢材料：
P0 ≤ (0.5~0.6) σs A s(1-1) 碳素钢材料：
P0 ≤ (0.6~0.7) σs A s(1-2) 上式中：
σs —材料屈服强度(MPa)；
A s —螺栓截面面积(mm 2)。

(2) 预紧力矩的确定
螺栓连接结构的预紧过程一般是由施加预紧力矩来完成的。

研究发现[14,15]对螺栓连接结构施加的预紧力矩T 主要在两方面起作用，其一是为了抵消接触界面间产生的摩擦力矩T t (图1-1中的T 1)，另一方面是为了抵消螺帽与被连接件间的摩擦力矩T h (图1-1中的T 2)，可以看到预紧力矩并不全部作用于螺纹之间，大致等于T t 与T h 之和。

图1-1示出了螺栓预紧力矩的施加过程。

图1-1 螺栓施加预紧力矩示意图[16]
螺纹接触界面之间的摩擦力矩：
022t t 00tan(+)==222cos ωρμπθ+v P d d P T P P (1-3) 螺帽与被连接件之间的摩擦力矩：
330h 0h 220
1=3μw w d -d T P d -d (1-4) 由式(1-3)和式(1-4)可知，预紧力矩T 的表达式为：
332t 0h t h 00220
=+=[+]=22cos 3μμπθ⨯w w d d -d P T T T P +KP d d -d (1-5) 上式中：
d —螺纹大径；
d 2—螺纹中径；
d 0—连接件孔直径；
d w—螺母内切圆直径
P—螺纹螺距；
—牙形半角；
—螺纹升角；
ρv—螺纹当量摩擦角；
μt—螺纹间摩擦系数；
μh—螺帽与被连接件间摩擦系数；
K—拧紧力矩系数。

研究表明螺栓连接结构中主要的摩擦耗散是由自身的阻尼产生[16]，假定μt=μh=0.15，由式(1-5)可得，螺纹接触界面间的摩擦力矩在预紧力矩中的占比大约为4/10，螺帽与被连接件间的摩擦力矩在预紧力矩中的占比大约为1/2，剩余大约1/10的预紧力矩产生螺栓预紧力，因此在对螺栓连接结构施加预紧力的过程中，预紧力矩主要用来克服自身阻尼产生的摩擦耗散，而产生螺栓轴向预紧力的预紧力矩只占有很少的一部分。

1.2.2 螺栓连接结构的预紧方式
螺栓连接结构常用的预紧方式主要有以下几种[18-22]:
(1) 扭矩控制法：利用扭矩扳手施加预紧力矩，扭矩扳手控制面板直接显示扭矩
值；易于操作，控制简单。

(2) 旋转角度法：将螺栓与被连接件装配完成之后，螺栓的旋转角度与轴向的预
紧力成比例关系，一般将螺栓转到设定的角度就可以到预期的预紧力。

(3) 螺栓预胀法：用电阻丝将螺栓加热到一定温度，然后拧上螺母，等到螺栓冷
却后产生预紧力。

(4) 液压拉伸法：用液压拉伸装置对螺栓进行拉伸，使其拉伸到合适的长度，然
后拧上螺母，卸下外力后即可产生螺栓轴向的预紧力。

(5) 应变计检测法：在螺帽部分贴上电阻应变片，用来检测螺栓连接结构受到的
载荷应力。

此外螺栓连接结构还有其他的预紧方法，各种方法各有其特点，在实际应用中需
要综合考虑工作环境、精度要求以及经济适用性等多方面因素，选取合适的预紧方法。

1.3 螺栓连接的松动行为研究
在实际应用中，螺栓连接都要进行预紧来保证其结构的安全性以及可靠性。

但由于工作环境(振动、冲击以及温差变化)的影响[23-25]，螺栓连接结构的轴向力会出现不同程度的减小，随着螺栓轴向力的减小连接结构的紧固性变差，这会导致螺栓连接结构发生松动或者断裂等现象，造成结构的失效，引发重大安全事故。

因此，对于螺栓连接结构松动行为的研究具有十分重要的意义。

由于螺栓材料的不同以及工作载荷的变化，导致螺栓连接结构出现非线性的特征[26]，因此螺栓连接结构的松动行为是一个非常复杂的过程。

长期以来，对螺栓连接结构松动行为的研究一直在进行中，目前已取得了一定的成果，但还有许多方面的问题需要解决，其中之一是由于螺栓松动行为本身的复杂性，造成松动试验结果的波动性较大。

1.3.1 螺栓连接结构的松动机理
最早在1945年Goodier等[27]对轴向激励下的螺栓连接结构的松动行为进行了研究。

结果显示，当施加载荷在螺栓紧固件上时，由于螺纹接触界面受到轴向振动冲击，导致接触界面间产生滑移现象，致使螺栓结构出现松脱现象。

Junker[28]研究了剪切激励下螺栓连接结构的松动行为，并发明了进行螺栓松动试验的装置，如图1-2所示。

研究结果表明：在剪切激励作用下，随着振动幅值的增大，螺纹接触界面间产生微观滑移的概率变大，螺栓连接结构更容易发生松动现象。

Joon 等[29]进一步对螺栓连接结构的松动进行研究，发现增加螺纹接触界面的摩擦系数，可以使接触界面间滑移量减小，螺栓的松动程度降低。

Jiang[30,31,32]等的研究表明螺栓连接结构的松动行为大致经过两个阶段(如图1-3所示)：第一阶段，此时螺纹接触界面间的滑移尚未发生，而螺栓发生塑性变形，因此这一阶段螺栓的松动呈现缓慢下降的趋势；第二阶段，由于螺纹接触界面开始发生相对滑移，导致螺栓轴向力迅速下降。

综上所述，螺纹接触界面发生滑移是造成螺栓松动的因素。

图1-2 Junker螺栓松动试验机[29]
图1-3 剪切激励下螺栓松动曲线[8]
Izumi和Sakai[33,34,35]研究发现螺纹接触界面分为三种不同的接触状态：有稳定粘着区域的局部滑动、没有稳定粘着区域的微小滑动、没有粘着区域的完全滑动。

螺纹界面间的滑移并不都可以让螺栓出现松动现象，即当接触界面失去稳定的粘着区域时，松动才会发生。

国内外学者建立了多种数学模型来描述螺栓连接结构复杂的接触状态，Iwan模型[36,37]、Bouc-Wen模型[38,39]以及Valanis 模型[40]等是常见的几种模型。

其中Iwan 模型被广泛应用于研究螺栓的动力学行为[41,42]，Iwan模型如图1-4 (a)所示，由N 个Jenkins 单元并联而成，每个Jenkins 单元是由刚度为k/N的线性弹簧和屈服力为ƒi*/ N 的阻尼单元串联构成。

Gaul[43]认为在加载循环过程中，螺纹接触界面若无滑移出现，则整个模型的Jenkins 单元都保持静止；当螺纹接触界面出现局部滑移时，则部分Jenkins 单元出现滑移；而当螺纹接触界面进入完全滑移状态时，则所有的Jenkins 单
元都出现滑移。

图1-4 (b)示出了Iwan 模型下，螺纹接触界面在部分滑移状态下的响应曲线(其中abc 为卸载阶段，cda 为加载阶段)。

(a) Iwan 模型 (b) 交变载荷下的动力学响应
图1-4 Iwan 模型及其动态响应[41]
候世远[44]的研究表明，螺栓连接结构在高温环境下，螺栓材料的屈服强度发生改变，这主要是因为螺栓材料发生了塑性变形，而此时螺栓的轴向力也有明显的下降。

Nassar 等[45-47]研究发现，当施加在螺栓连接结构上的交变载荷过大，会造成螺栓接触界面的应力过大超出其屈服强度，引起螺栓材料产生塑性变形，螺栓轴向力减小，导致螺栓连接结构发生松动。

此外，Jiang [32]通过有限元分析计算以及试验对螺栓松动行为进行研究，结果表明：在受到循环加载时，螺纹接触界面会产生塑性变形，并且接触界面的塑性变形区域随着加载次数的增加会扩展，导致螺栓轴向力的不断下降。

综上所述，螺纹接触界面产生塑性变形是造成螺栓松动的因素。

徐耀康[48]分析了高温条件下螺栓紧固件的轴向力变化规律，发现随着在高温环境里工作时间的增加，螺栓材料的弹性应力会减小，这种现象称为材料的应力松弛，并且造成螺栓的轴向力减小。

Caccese 等[49]研究发现，温度升高，材料发生应力松弛的速度加快，螺栓连接结构的松动程度变大。

在高温条件下，假定由于预紧力在螺栓接触界面产生的初始应力为0σ，初始应变为0ε。

其中应变分为弹性应变
1和松弛应变2，
应力-应变关系为：
0122==(/)εεεσε++E (1-6)
螺栓接触界面应力与螺栓材料应变变化速率的关系为：
2d =d εσn K t
(1-7) 将(1-7)式带入(1-6)式，得到螺栓接触界面应力与时间的关系为：
10111[1-(/)](1)σσσ
--=
⨯-n n t n KE (1-8) 式中： σ—螺栓接触界面应力
E —材料弹性模量
2d d εt
—材料应力松弛速率 t —时间/(h )
n —材料常数
K —应力变化速率常数/(n 1MPa h --)
由上式可知，随着时间的增长，螺栓材料的应力松弛发生积累，造成螺栓轴向力降低。

螺栓连接结构在受到交变载荷作用时，造成螺纹接触状态的改变，在发生微动滑移或微动磨损严重的区域，甚至导致接触界面产生损伤 (缺陷和裂纹)，造成螺栓松动。

在Ibrahim 等[8-10]的研究过程中，发现螺栓轴向力变化分为两个阶段:起初由于螺纹接触表面发生的微动行为造成轴向力缓慢下降，而随着轴向力的逐渐下降，螺母和螺栓接触界面开始发生滑动，当滑动开始后轴向力出现迅速下降的趋势。

Zhang [50]等对剪切荷载作用下的螺栓松动行为进行了研究，结果表明在螺栓与螺母没有发生相对转动的时候，螺栓轴向力下降是由接触表面发生微动磨损导致的，而随着加载循环次数的增加，接触表面的磨损加剧，导致螺栓轴向力迅速下降。

Liu [51]对不同载荷作用下螺栓连接的松动机制进行研究，结果表明：预紧力上升，接触界面的损伤变得轻微(损伤情况如图1-5所示)，螺栓连接结构的松动程度降低。

这是因为螺栓预紧力增加，螺纹接触表面的滑移量变小，摩擦磨损现象减弱，导致松动程度降低。

由此可见，螺纹接触表面发生的摩擦磨损是造成螺栓松动的原因。

(a) P0 =15 kN (b) P0 =21 kN
图1-5不同载荷作用下螺纹接触表面的SEM图像[51]
综上所述，造成螺栓连接结构发生松动的因素是十分复杂的，既有螺纹接触界面间微动行为的影响，也受螺栓材料本身在循环加载条件下发生变形的制约。

当下国内外学者研究的领域主要集中在螺栓与螺母配合的连接结构，对于盲孔螺栓连接结构的松动机理研究较少。

1.3.2 影响螺栓连接松动的因素
由前文可知，多种原因都会导致螺栓发生松动现象，而螺栓的松动程度也是受许多因素影响。

研究人员对影响螺栓松动的因素进行了讨论，总结出影响因素有[52]：螺栓预紧力、接触界面状态、工作载荷形式、以及螺栓材料等。

(1) 螺栓预紧力：Hess等[53-56]对横向载荷作用下螺纹连接的松动行为进行研究，结合理论分析与松动试验，总结出随着螺栓预紧力的增大，连接结构的松动程度减小。

Yang等[57-60]通过研究发现，在施加载荷不变的情况下，预紧力的提升会减轻连接结构的松动程度，但在预紧力上升到临界值时，导致螺纹接触表面的应力过大会造成接触表面的破坏，螺栓连接在工作时会发生疲劳断裂。

因此，要综合考虑工作需要以及螺栓材料的强度，选取合适的螺栓预紧力。

(2) 接触界面状态：Karamiş[61]和Housari[62]研究发现，螺纹接触界面摩擦系数的改变，会影响接触界面间的微动滑移，导致螺栓松动程度的变化。

拧松螺栓所需要的力矩越大，即螺栓更难松动。

Liu[51]等研究了不同材料涂层的螺栓连接结构松动行为，结果表明：在相同交变载荷作用下，添加MoS2涂层的螺栓表面损伤明显减小，这是由于经过MoS2涂层处理过后，在保持螺纹接触表面应力不变的情况下，处理后的预紧力将会得到大幅提升，因而螺栓的松动程度降低。

(3) 工作载荷形式：不同工作载荷对螺栓连接的松动程度影响很大，其中载荷施加方向以及载荷幅值一直是国内外学者关注的重点。

(i) 载荷施加方向：刘建华[63]对轴向载荷作用下螺栓的松动机理进行了研究，
通过分析螺栓的动态响应和接触表面的损伤情况，揭示了螺栓连接结构的
松动机制。

Junker[28]研究了剪切激励下螺栓连接结构的松动行为，并发明
了沿用至今的松动试验装置。

在前人研究基础上，Zhang[50]等对螺纹接触
界面的微动磨损行为进行研究，进一步总结出剪切荷载作用下的螺栓松动
机制。

Yokoyama等[64]研究了扭转载荷对螺栓连接松动行为的影响规律，
结果表明：当载荷增加到临界值时，螺纹接触界面会发生完全滑移，引起
螺栓轴向力减小。

杜永强[65]设计出两种螺栓松动试验加载装置(如图1-6
所示)，对偏心载荷作用下螺栓连接的松动行为进行研究，结果表明随着
偏心距离的增加，螺栓的松动程度增大；对比两种装置，在载荷相同时，
对称结构的松动程度更低。

(ii) 载荷幅值：在保持其他条件不变的情况下，载荷幅值对螺栓松动影响较大。

载荷幅值越大，螺栓材料发生的塑性变形越严重，螺纹接触界面间的滑移
现象加剧，导致螺栓的松动程度升高[57,66]。

(4) 螺栓材料：Housari[67]等以多种材料的螺栓连接结构为对象，通过理论分析与试验表明：在相同交变载荷作用下，刚度越小的材料，越不易发生松动，但是由于其耐磨性较差，接触界面的微动磨损较为严重。

(a)L型试验装置(b) T型试验装置
图1-6偏心载荷作用下螺栓松动试验装置[65]。