航空发动机的转子、静子结构存在很多螺栓连接结构,由于存在接触、摩擦、滑移、微动,导致螺栓连接结构存在非线性和不确定性,其动力学特性十分复杂。对航空发动机开展整机动力学分析时,考虑螺栓连接细节会显著提高计算量,而忽略螺栓影响则会引起一定的误差,因而需要一个简化并具有较高精度螺栓连接结构模型,满足工程计算需求。本文通过理论、仿真和实验手段建立螺栓连接结构中粗糙表面接触刚度模型,计算不同螺栓预紧力下,连接件和被连接件之间的粗糙表面接触刚度,并将其用于分析航空发动机典型盘鼓转子系统的动力学特性。具体包括:(1)理论计算方面,分析了基于统计学的粗糙表面纯弹性接触刚度解析模型,对所加工的垫片形貌进行测绘分析和接触刚度计算;结果表明:由于加工偏差,同一个垫片不同的位置计算的粗糙表面接触刚度存在波动;相同的螺栓预紧力下,接触刚度随粗糙度的增加而减小。(2)仿真计算方面,建立了真实形貌的二维有限元模型,并开展接触仿真获得预紧力对接触刚度的影响规律;对比分析了首次加载和再次加载接触刚度,结果表明:对于二次或多次加载表面进行接触仿真时,应该采用纯弹性接触理论。在此基础上,基于分形理论建立该粗糙表面的三维有限元模型,并采用Ansys非线性接触算法得到不同预紧力下粗糙表面的接触刚度。(3)实验研究方面,测试了不同预紧力下螺栓连接结构的前几阶固有频率,并将其结果与基于薄层单元的有限元仿真结果进行对比,基于模态应变能/能量法识别获得不同预紧力下螺栓连接结构接触刚度,实现了接触刚度识别精度的提高。通过对比理论、仿真和实验获得的接触刚度随预紧力变化结果,分析了各种方法/模型的特点和误差产生原因,并确定了准确的粗糙表面接触刚度。(4)应用方面,根据粗糙表面接触刚度随预紧力的关系曲线,研究了航空发动机中多螺栓连接的盘鼓转子系统的动力学特性,结果表明:螺栓连接接触刚度对盘鼓转子的模态频率有一定影响,接触刚度增加会产生移频现象。最后,对比仿真得到的自由模态固有频率结果与实验测试结果,二者吻合较好。(5)研究结果为螺栓连接结构准确建模、工程简化应用提供了一种思路,为航空发动机中螺栓连接结构设计、动力学分析与振动控制提供了参考。