文献综述（或调研报告）：
螺栓连接结构松动过程存在状态非线性，伴有几何非线性（大位移）和材料非线性（塑性）影响，连接结构处于不同状态时，松动机理也有明显差别。另外，松动机理具有跨尺度的特性，宏观可见的松动现象由微观接触运动累积形成，但是由于螺纹结构的复杂性和观测水平的限制，直接监测螺纹接触面或被联接结构界面是不可能实现的，因此松动机理一直属于人为的假设。
由于螺栓的广泛应用，避免螺栓在工作过程中松动已经是连接结构设计和制造过程中关心的问题，国内外研究者在该领域展开了大量的研究，包括连接结构自身的因素和外部环境因素对松动过程的影响规律，并发展了相应的松动理论和计算模型[1]。
Hess[2]等在1997年的研究通过观察螺栓轴向激励信号加载后数秒螺栓连接结构的相对扭转情况来判断螺栓是否出现松动情况，说明螺栓松动过程的影响因素有螺栓预紧力、螺栓连接结构接触刚度、螺栓连接结构的质量、激励信号振动幅度、激励信号的频率、摩擦系数和螺纹配合。这一结果，为之后研究螺栓松动机理提供了衡量连接结构松动程度的松动特征量。可以以这些特征量为变量控制结构的松动程度，验证其他描述结构松动程度的特征值随着结构松动程度变化的变化趋势。
由于螺栓的应用范围广，工况复杂，因此很难单纯用理论方法确定连接结构模型中的各个参数，而用实验的方法确定这些参数，多针对简单的、单个连接构件进行。工程上关心的实际结构、多自由度模型中的连接结构参数辨识是困难的。大多数研究都限于简单模型理论模拟和实验阶段，即为有模型方法。这种方法的局限性显然，只能针对具体设备和特定的连接状态。
一种理论模型是将螺栓连接结构简化成基座-夹紧块-螺栓系统（图1）。陈学前等[3]的理论模型是将螺栓连接系统简化为弹簧、阻尼器、质量块的单自由度模型，激励信号施加在基础位移上，得到了系统的振动微分线性方程。实验在不同振动量级下观察到明显的非线性现象，修正理论模型后，将非线性传递力表示为位移和速度的多项式函数，并用谐波平衡法确定了多项式函数的参数。Hess[2]等的理论模型是将各接触面间的力都化为一个弹簧力和一个阻尼力，进行受力分析得到了各接触面间的名义压力和摩擦力以及静挠度。
另一种理论模型是将螺栓连接结构简化成悬臂梁-螺栓-搭接板系统（图2）。F Amerini等[4]的理论模型便是以此为基础，并将非线性接触力简化为非线性弹簧力，将振动响应的二次谐波幅值与基频幅值之比A以及响应的功率谱二次谐波幅值与基频最大幅值之比PSD作为松动特征值。基于Hess的研究，将螺栓预紧力作为结构松动程度的特征值，实验验证了A与PSD随预紧力的变化趋势，确定了A与PSD可作为描述螺栓连接结构的松动特征量。曹芝腑等[5]基于F Amerini的研究，以A作为松动特征量，研究了复合材料螺栓连接件在高温下的松动机理，并利用短时傅立叶变换看到了松动过程的时频特性。
当前无模型方法的实际应用好于有模型方法，但先验特征获得方面多针对具体设备特定的连接状态进行，其局限性也是显然的，能够突破具体设备和特定状态具有较普遍应用的系统尚未见报道[5]。
参考文献
- 曾国英, 赵登峰. 螺纹连接状态识别的现状与发展[J]. 噪声与振动控制, 2009, 29(2): 9-11.
- D.P.Hess, S.V.Sudhirkashyap. Dynamic Loosening and Tightening of a Single-Bolt Assembly[J]. Journal of Vibration and Acoustics, 1997, 119: 311-316.
- 陈学前, 杜强, 冯加权. 螺栓连接非线性振动特性研究[J]. 振动与冲击, 2009, 28(7): 196-198.
- F Amerini, E Barbieri, M Meo, U Polimeno. Detecting loosening/tightening of clamped structures using nonlinear vibration techniques[J]. Smart Materials and Structures, 2010, 19(8): 085013-1-9.
- 曹芝腑, 谭志勇, 姜东, 何顶顶, 费庆国. 基于时频分析的高温振动环境螺栓连接件松动判别[J]. 振动与冲击, 2019, 38(17): 205-210.
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