机械设计中，为了满足一定的要求，通常是由各种零件按照不同的顺序组合而成的，而这些零件相互接触的表面被称为“机械结合面”。由于结合面的大量存在，对因而具有复杂性，对整个机械系统的运行性能会产生较大的影响，因此对结合面的研究就显得尤为重要。而螺纹连接面是一种重要的固定结合面。螺栓联接作为螺纹联接的典型方式，常常用来承担两构件间的轴向力、倾覆力矩和扭转力矩。石油机械、矿山机械和风力发电组等低速重载设备的扭矩由原动机构通过法兰盘传递给中间传动部件。原动件由于结构形式的原因通常又被称为主动轴，主动轴与法兰盘联接形成的结合面受力情况属于接触问题中的共性面接触问题。螺栓联^[1]接分为普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接，其中普通螺栓联接被连接件无需切制螺纹，结构简单、装拆方便、应用广泛，通常用于被连接件不太厚和便于加工通孔的场合；铰制孔用螺栓联接孔与螺栓杆之间没有间隙，采用基孔制过渡配合，用螺栓杆承受横向载荷或固定被连接件的互相位置。由于螺栓固定结合面具一定的预载 , 并且呈现出一定的非线性, 因此对这一结构的研究具有一定的难度。因此需要通过建立螺栓的宏观数学模型^[2]，实现螺栓固定结合面系统的动静态分析建模的统一性、简单性和实用性。通过有限元分析方法建立螺栓模拟方法，可以弥补传统解析方法的缺陷，使螺栓计算过程更加方便和精确。

前苏联是最早对结合面进行研究的。因为受到实验条件和理论基础的限制，主要的研究范围是实验测定紧固结合面和滑动导轨的静态特性。相对于结合面动态特性的研究， 静态特性研究比较早。上世纪六十年代，滑动导轨的动静态特性已经被研究。相对于结合面的静态特性的研究，动态特性研究远远要复杂。从70年代初，学者们就开始对其进行研究，并总结出了一些规律。而在微观建模方面，J. A.Greenwood等人提出了最经典的G-W 接触模型，但不能具体的表达初结合面间的微观接触。后来D. J. Whitehouse对G-W模型就行了完善，提出了W-A模型，该模型在结合面间引用了相关系数。Majumdar在前人的基础上提出了另一种-MB模型。近年来Lin L. P对结合面间的各个微凸体在接触过程中的弹塑性做出了更为精确的模型。Yuya Omiya^[3]，AMashiro Fujii，Ryo Ochiai，Koshi lshimoto，Akihiro Ueda^[4]找到了有效地表面轮廓来改变润滑性能，从而即改善了金属表面强度又可以得到表面润滑性。Laszlo Molnar，Karoly Varadi，Janos Holuban, Andor^[5]等人针对螺栓接头，提出当螺栓之间的载荷分布合理地依赖于螺栓节点中各参与单元在螺栓节点几何形状上的弹性变形时，多螺栓节点的解析模型尤其不确定。这给我们建立结合面模型提供了宝贵经验。A.Zaki ,S.A.Nassar,S.Kruk,M.Shillor^[6]等人

采用有限元分析（FEA）的方法，利用实时光学测量的结合面表面变形，可靠地实现了螺栓联接装配过程中的自动化控制。Taguchi, Akira; Kitami, Tomohito; Akamaru, Satoshi^[7]在螺栓表面，包括螺纹的侧面和根部，介绍了一种新型的圆柱溅射技术，成功地应用于螺栓等复杂固体的结合面中。该溅射技术在诱导导电性、光学性能、耐腐蚀性等方面有广泛的实际应用。Hui Ye,Yumei Huang,Pengyang Li^[8]等人提出了螺栓的联合建模的方法，通过添加材料不同的元素，共同组成了复杂的元素集。根据结合面的不同特点的影响，讲虚拟材料参数导入有限元分析软件时，可以获得包括接头的分析模型，结果表明，虚拟材料模型可以为精确建模提供理论依据。

80年代初期，我国开始了对结合面的研究，最初通过简单试件研究结合面的静态性能。90年代后，我国对于静态特性的研究和动态性能的建模取得了较大的成就。但新世纪以来，我国对于结合面动态性能的研究处于一个低谷期^[9]。但其中不乏我国学者对结合面的深入研究。姬清华，马超^[10]通过研究提出提高结合面仿真准确性的关键在于添加结合面之间的参数。具体分为螺栓固定结合面即存在于立柱和床身、主轴系统和主轴箱之间和导轨滑块结合面即存在于工作台、床鞍和主轴箱可以在导轨上分别沿x，y，z向运动。周翔，魏昕^[11]以某数控雕铣机为分析对象，将模态试验与有限元计算相结合，基于模态试验的动态参数测试结果，利用ANSYS Workbench有限元分析软件进行多目标优化设计，修正导轨结合面刚度参数，使矫正后的有限元模型更为精确地描述机床的动态特性。李玲，蔡安江，阮晓光，周彦飞^[12]通过WM函数和功率谱函数表征表面微观形貌特征，利用统计学方法和Mindlin^[13]理论建立结合面刚度模型，最终建立栓接结合部法向与切向刚度模型，根据模态试验与有限元法对比试验所建模型的正确性。通过分析表面粗糙度、法向载荷和栓接结合刚度之间的关系得出结论。周振才^[14]，王天雷，王柱，赵挺，陈惠添采用试验模态方法进行测试，测试了3个因素在不同水平时固定结合面的动柔度值，通过对固定结合面有限元仿真分析对实验模态测试结果进行了对比，结果表明两种方法所得的结果基本一致。设计了螺栓预紧力矩、连接螺栓个数以及固定结合面介质等3个因素的正交试验。李志忠，赵振宇^[15]针对如何有效地利用ANSYS软件对齿轮箱螺栓结合面进行有限元建模分析的问题，通过对螺栓接触面的模拟，利用ASNSYS软件对4种典型的螺栓有限元进行了静力分析和模态分析，分析比较了不同建模方法在静力学和动力学方面的差异。张学良，徐格宁，温淑花^[16]全面回顾并分析和总结了结合面动静态特性研究的历史和现状，指出了存在的问题，并对今后的研究工作进行了展望。

通过对国内外学者学术报告的分析和学习可知，从运动来看，结合面可以分为

为固定结合面，半固定结合面和运动结合面。而螺栓联接属于重要的固定结合面，对结合面的研究分为静态特性和动态特性。目前对静态特性的研究较多，目前几个方面也已经达成共识，即影响结合面静态特性的主要因素有：结合面预面压、材料、加工方法及表面粗糙度、结合面的结构类型和尺寸，结合面的功能、结合面形状误差、结合面间的介质状况、结合面上的静载荷等。蔡力钢，郝宇，郭铁能，刘志峰，张东梅^[17]针对结合面静态刚度与联接方式，以螺栓为研究对象，通过法向静态拉伸试验与数据分析结合的方式，获得结合部刚度，将螺栓结合面法向静态接触刚度从螺栓结合部整体静态刚度中分离，完整提取了螺栓结合面面压的螺栓结合面法向静态接触刚度非线性特性曲线。而结合面的动态特性相对于静态特性的研究要困难的多。戴闻，刘强^[18]对螺栓联接的运动结合面及固定结合面做了动态特性的测试实验，辨识出其动态特性参数，并定量研究不同结合条件下对结合面的接触刚度K和接触阻尼C的影响，提出了改善结合面刚度和接触阻尼的途径。可以得出结论到目前为止，对于螺栓的动态结合面的研究还没有完全透彻。机械整体机构设计的最大难点在于缺乏科学有效地结合面模型及相关参数，不得不采用试凑的方法进行计算，使机械设备整机设计的仿真计算往往存在很大的误差。以往的实验方法是通过大量实验获得结合面参数，使机械装备的设计代价过于昂贵。所以，毕业设计研究的目的就是通过螺栓结合面的仿真，来把握和认识结合面的动态特性。为机械装备性能的提升提供科学方法。