在航空航天飞行器中,螺栓作为专用的紧固件将大量的内部结构连接为一个整体。在运行过程中,这些航空航天紧固件不仅要承受发动机产生的高频、随机和复杂的振动冲击载荷,而且还要承受装配过程的运输和吊装所产生的低频率振动载荷,进而使其服役过程处于多种极端环境。近年来由于紧固件引起的相关问题频发,已经成为严重影响航天连接结构稳定性的薄弱环节。因此,探究其螺栓松动机理的研究对航空航天工程的发展具有重要意义。本文以探究螺栓松动机理和提高螺栓防松效果为目标,在振动冲击载荷环境下,研究了螺栓松动的理论、仿真和试验,具体内容如下:1)建立了带螺纹升角的螺栓松动滑移数学模型,其中包括接触面均无滑动、螺纹表面滑动和螺栓头表面、螺纹表面同时发生滑移三种情况的滑移分析模型。并将滑移数学模型用Matlab程序模拟了整个松动过程,从而预测了螺栓预紧力衰退过程。2)采用有限元技术,建立了参数化的螺栓松动有限元分析模型。在螺栓松动仿真结果分析中,分别对螺栓的宏观和微观特性进行了全面分析。宏观分析中揭示了螺牙受力和预紧力分布、螺母转角变化、端面接触力和端面接触摩擦扭矩变化规律。在微观分析中,提出将滑移因子作为微观滑移分析的主要评价参数。并对各个滑移表面的滑移距离和滑移状态表征进行研究,获得了相应螺栓松动规律。3)建立了端面几何不平行度螺栓防松数学模型,针对非平行端面会在螺栓节点上产生弯矩,将弯矩导致螺纹受到侧向力,螺母发生侧向移动,对螺纹接触对进行挤压,产生附加接触力和接触摩擦扭矩进行研究,并起到非平行端面螺栓防松效果。然后,采用仿真模型对防松过程进行分析,通过微观滑移因子、宏观预紧力和螺母转角对防松过程进行评价。最后,分析了啮合中径、连接件厚度和螺纹摩擦系数对端面几何不平行度防松的影响,并揭示各个因素的影响规律。4)为验证螺栓松动滑移数学模型和有限元仿真模型,设计了单螺栓松动试验方案。通过松动试验使两种模型得到验证。为此设计了单螺栓松动试验台,用物理实验法来验证理论模型和仿真模型的准确性。分析了螺纹摩擦系数和端面摩擦系数、螺纹升角和螺距、横向振动载荷对螺栓松动的影响。对端面几何不平度防松理论的验证,证明并解释了端面几何不平度防松机理。最后,分析了中径、连接件厚度和螺纹摩擦系数对端面几何不平度防松的影响,获得相应规律。