碳碳螺栓螺母的连接结构设计需要充分考虑材料特性与受力模式，形成与金属紧固件差异化的设计理念。螺纹牙型设计采用修正型牙型角，通过增大牙根圆角半径减小应力集中系数，牙顶与牙底的圆弧过渡避免尖角处的裂纹萌生。螺距与牙高参数基于碳碳材料的弹性模量进行优化，确保螺纹啮合时载荷在各牙间的均匀分布，避免首牙过载现象。配合间隙的设计考虑温度变化带来的尺寸波动，在高温工况下保证适当的啮合余量，防止热膨胀导致的卡滞或咬死。

应力分布优化贯穿整个结构设计过程。螺栓头部与杆部的过渡区域采用大圆弧过渡，减小截面突变带来的应力集中，过渡圆角半径与杆径的比例控制在合理范围，实现应力流的平滑过渡。螺母端面设计采用球面或锥面结构，自动补偿被连接件的不平行度，避免螺栓承受附加弯曲应力。支承面的面积设计考虑碳碳材料的承压能力，通过增大接触面积降低表面压应力，防止端面压溃。对于受载较大的连接部位，采用加厚螺母或增加啮合牙数的方式分散载荷。

预紧力控制是连接设计的关键环节。基于碳碳材料的强度特性确定合理的预紧力范围，既要保证足够的夹紧力防止连接松动，又要避免过载导致的螺栓断裂。扭矩系数通过螺纹润滑状态与支承面摩擦系数进行标定，实现扭矩法预紧的精确控制。对于重要连接部位，采用转角法或拉伸器预紧，直接控制螺栓的伸长量，消除摩擦系数波动带来的预紧力误差。预紧力的衰减特性在设计中预留安全余量，考虑长期服役后的应力松弛影响。

连接副的匹配设计保证整体性能最优。螺栓与螺母采用相同材质或性能匹配的材料组合，避免热膨胀系数差异带来的高温附加应力。螺纹啮合长度根据受力情况进行计算，确保螺栓杆部断裂先于螺纹脱扣发生。防松结构采用内嵌式设计，如螺纹局部变形或弹性元件，避免附加零件带来的重量增加与高温失效风险。整个连接系统的设计采用有限元分析进行应力仿真，识别高应力区域并进行结构优化，实现应力分布的均匀化与轻量化设计的统一。