随着机械设备向高速、高精度方向发展,机械结合部作为机械结构中不可缺失的部分,具有很强的非线性特性,它对机械结构的整体性能有显著的影响,已成为制约提高机械设备加工精度和效率的主要因素之一。目前,在设计阶段,对于不包含结合部的结构件,可以用成熟的有限元软件对其进行构件的动、静态特性分析,并可达到很高的分析精度。但当机械结构中包含结合部时,基于连续介质力学的有限元法在处理机械结合部问题时却表现出明显的局限性,难以模拟错动、开裂和滑移等不连续变形的情况。同时,在用数值方法进行结构分析时,缺乏科学有效的机械结合部特性参数。　　本文在前人研究的基础上,提出一种基于界面元法的结合部特性分析方法,用界面元模拟机械结合部的不连续接触面,将结合部特性宏观和微观研究相结合获得了机械结合部特性的等效材料参数,为进行机械结构的整体数值分析奠定了基础。论文的主要研究内容如下:　　1.应用于机械结合部分析的基本理论的研究基于虚功原理建立界面元离散模型,推导出界面元的位移、应力和支配方程,提出了不同约束条件的处理方法;编写了界面元程序设计流程,并通过算例对界面元法的正确性、计算精度、收敛性、适用性等问题进行了验证。　　2.机械结合部静态特性等效材料参数化模型的建立在前人研究的基础上,将机械结合部宏观特性研究和微观特性研究相结合,由机械结合部载荷-变形关系试验拟合生成机械结合部特性的非线性数学表达式,并进一步获得结合部单位面积刚度;基于GW接触模型和离散单元的应力波传播条件,将机械结合部接触表面分别简化成单峰接触和多峰接触,建立机械结合部接触刚度与结合部等效材料参数之间关系式,推导获得机械结合部静态特性等效材料参数。　　3.机械结合部静态特性分析基于界面元法和机械结合部静态特性等效材料参数,建立包含结合部的机械结构静态数值模型,采用增量理论对机械结合部进行变刚度迭代计算;分别以承受法向和切向载荷的机械结合部问题为研究对象,对不同载荷作用下结构各测试点的变形进行数值计算,并将计算结果与试验测量结果进行比较,验证机械结合部静态特性等效材料参数的准确性和易用性。　　4.机械结合部动态特性分析影响机械结合部动态特性的因素很多,且具有很强的非线性性质。本文将解析法和试验法相结合识别机械结合部动态特性参数,给出具有通用性的结合部动态特性表达式;参照建立机械结合部静态特性等效材料参数化模型的方法,基于GW接触模型和离散单元的应力波传播条件,将机械结合部动态特性宏观研究和微观形貌研究相结合,推导得到结合部动态等效特性参数;基于界面元离散模型的动力学支配方程,采用迭代法为基础的直接滤频法,求解含结合部的机械结构系统的低阶频率,并以螺栓连接的两梯形钢板为例,验证机械结合部动态特性等效材料参数的准确性和易用性。　　5.界面元-有限元耦合模型将界面元与有限元两种方法相结合,建立界面元-有限元耦合模型来求解连续-非连续问题,这样既发挥界面元计算精度高、适用于不连续变形等优点,又能够充分利用有限元的计算效率高、在工程应用中适用性好的特点;分别以简易结合部结构和螺栓结合部结构为例,验证机械结合部界面元-有限元耦合模型的正确性和适用性。