魏延鹏正高级工程师团队在国际权威期刊《International Journal of Impact Engineering》上发表了一项具有重要工程意义的研究成果——《冲击载荷下螺栓法兰连接的非线性界面行为与力传递特性》。该研究通过理论建模、数值模拟与实验验证相结合的方法，系统揭示了螺栓法兰连接在冲击载荷下的动态响应机制，为导弹、火箭、航空发动机等复杂工程结构中的连接件设计与安全评估提供了重要理论依据与技术支撑。

图1 实验所用装置与改进霍普金森压杆

  螺栓法兰连接因其装拆方便、结构可靠，广泛应用于航空、航天、能源等领域的管路与结构连接中。然而，连接界面存在的间隙、摩擦、阻尼等非线性因素，使其在冲击载荷下的力传递与振动响应极为复杂，传统线性模型难以准确预测其动态行为。

图2 螺栓链接有限元模型

本研究提出了一种改进的谱函数理论模型，能够有效描述螺栓法兰连接在冲击载荷下的振动与冲击响应。团队搭建了改进的分离式霍普金森压杆（SHPB）实验系统，通过施加不同脉宽的半正弦冲击波（幅值120 MPa，脉宽20–200 μs），精确测量了连接结构的动态应变响应。同时，研究建立了三维精细有限元模型，准确模拟了螺栓、法兰与连接界面的接触、摩擦与阻尼行为，并通过实验数据验证了模型的有效性。

研究发现，螺栓法兰连接在冲击载荷下表现出显著的非线性动力响应，主要包括：

1. 响应频率变化：冲击波经过连接界面后发生波形畸变，频率降低，可用“力传递因子α”定量描述；

2. 双区域响应特征：响应可分为“冲击响应区”和“振动响应区”，前者以高频冲击波为主，后者以结构固有振动为主；

3. 能量耗散机制：连接界面是主要的能量耗散源，其耗散效率随冲击频率降低而减弱；

4. 共振与阻尼行为：在特定频率下结构发生共振，振幅最大；高频冲击下阻尼率更高，能量更易从法兰传回杆体。

该研究不仅深化了对螺栓法兰连接非线性动力行为的理解，更为航空航天、新能源汽车领域的连接件结构设计提供了技术支撑。