随着社会经济的发展和国家建设的需要,机械装备产业越来越称为我国工业的支柱产业,重大机械装备在其中扮演越来越重要的角色。螺栓法兰连接部件是重大机械设备中常见的连接结构,其良好的力学性能是机械设备工作的重要保证。然而重大机械设备的螺栓法兰连接部一般尺寸巨大,在复杂工况下,很难直接进行实验研究。若能基于相似理论对大型螺栓法兰连接部设计缩尺模型,通过模型实验数据推测原型法兰部件的力学性能,并指导原型设计,将节约大量人力、物力、财力。因此对重大装备螺栓连接部的缩尺设计方法的研究很有意义。论文的具体工作和主要内容如下：(1)基于TBM刀盘螺栓连接法兰部在实际工作过程中的受力特点,分析得出重大装备螺栓法兰连接结构的轴向刚度是该结构力学特性的重要体现,确定本文主要研究螺栓法兰轴向刚度的相似性设计。建立了考虑螺栓法兰连接部螺栓数目和螺栓预紧力等因素的螺栓法兰连接部轴向刚度简化计算模型。并通过有限元的方法确定轴向刚度中的重要影响因素——半锥角的大小。(2)基于相似理论,选定影响螺栓法兰连接部轴向刚度的主要参量。采用量纲分析法,得出螺栓连接法兰结构相似设计的准则,采用控制变量法对结构轴向刚度进行了相似性分析,分析了螺栓选型、螺栓数目、几何尺寸相似比和预紧力大小对缩尺螺栓法兰连接部件轴向刚度相似性的影响,并给出了TBM刀盘原型螺栓法兰部件的缩尺法兰设计参数。(3)设计法兰刚度相似性实验,通过实验测得设计原型及模型的轴向拉压刚度,从而验证基于相似理论的螺栓法兰连接结构缩尺设计的可行性,并分析不同因素对螺栓轴向等效刚度的影响。(4)将缩尺设计方法应用于TBM刀盘缩尺设计中,通过分析实物TBM刀盘与模型实验的内在联系,建立了TBM刀盘的材料、几何、载荷和动力等特征量相似参数集合,获得了TBM刀盘缩尺实验平台的设计参数。通过动力学仿真分析,验证了缩尺刀盘实验台动态特性的相似性。