Page 16 - 《振动工程学报》2026年第3期

第 39 卷第 3 期 振 动 工 程 学 报 Vol. 39 No. 3
2026 年 3 月 Journal of Vibration Engineering Mar. 2026

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螺栓连接纤维增强薄壁锥 柱组合壳的
固有特性分析

许 卓 1，3 ， 于翔川 ， 许沛尧 ， 孙宪超 ， 顾大卫 3，5 ， 李 晖 2，3 ， 闻邦椿 2，3
4
1
1
（1. 东北电力大学机械工程学院，吉林 吉林 132012； 2. 东北大学机械工程与自动化学院，辽宁 沈阳 110819；
3. 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点试验室，辽宁 沈阳 110819； 4. 长春特种设备检测研究院
（长春市特种设备安全监控中心），吉林 长春 130011； 5. 浙江工业大学机械工程学院，浙江 杭州 310014）

摘要: 采用理论计算与试验相结合的方式对考虑螺栓连接的纤维增强薄壁锥⁃柱组合壳的固有特性进行分析。基于经典层合
理论及 Kirchhoff⁃Love 假设分别对圆柱壳和圆锥壳进行理论建模；针对纤维增强薄壁锥⁃柱组合壳的连接特性，在组合壳的连
接处引入人工弹簧法来实现任意螺栓连接条件，其中分别考虑了主、副两种弹簧的影响。利用 Rayleigh⁃Ritz 法及双项梁函数
法对纤维增强薄壁锥⁃柱组合壳的固有特性进行求解；并以 TC300/环氧树脂基纤维增强薄壁锥⁃柱组合壳为研究对象，对其进
行单点锤击多点响应试验。试验结果表明：该求解方法所计算的固有频率与试验测试结果间的误差在 2.7%~4.5% 范围内，
验证了所建立模型的合理性。在上述模型合理的基础上，通过改变连接处的螺栓刚度，模拟螺栓缺失情况，讨论了连接处螺栓
缺失情况对纤维增强薄壁锥⁃柱组合壳固有特性的影响。

关键词: 纤维增强； 固有特性； 螺栓连接锥⁃柱组合壳； 螺栓缺失； 人工弹簧法
中图分类号: TB332； O343 文献标志码: A DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.202402003

Analysis of natural characteristics of fiber‑reinforced thin-walled
conical-cylindrical-combining shells with bolt connection

1
1
3，5
4
1，3
XU Zhuo ， YU Xiangchuan ， XU Peiyao ， SUN Xianchao ， GU Dawei ，
2，3
LI Hui ，WEN Bangchun 2，3
（1.School of Mechanical Engineering， Northeast Electric Power University， Jilin 132012， China；
2.School of Mechanical Engineering and Automation， Northeastern University， Shenyang 110819， China；
3.Key Laboratory of Vibration and Control of Aero-Propulsion System Ministry of Education， Northeastern University，
Shenyang 110819， China； 4.Changchun Special Equipment Inspection & Research Institute
（Changchun Special Equipment Safety Monitoring Center）， Changchun 130011， China；
5.School of Mechanical Engineering， Zhejiang University of Technology， Hangzhou 310014， China）
Abstract: In this paper， the natural characteristics of fiber-reinforced thin-walled conical-cylindrical composite shells with bolted
connection are analyzed through theoretical calculations and experiments. The cylindrical shell and the conical shell are modeled
separately based on the classical theory of layer rationality and the Kirchhoff-Love hypothesis. According to the connection charac⁃
teristics of fiber-reinforced thin-walled conical-cylindrical composite shells， the artificial spring method is introduced to realize arbi⁃
trary bolt connection conditions at the joint of the composite shell. The influences of both the primary and secondary springs were
respectively considered. The Rayleigh-Ritz method and two-term beam function method are used to solve the natural characteristics
of fiber-reinforced thin-walled conical-cylindrical composite shells. The TC300/epoxy fiber-reinforced thin-walled conical-cylindri⁃
cal composite shells are used as the research object， and the single-point hammer response test is carried out. Finally， the experi⁃
mental results show that the error between the calculated natural frequency and the test results is in the range of 2.7%~4.5%，
which verifies the rationality of the model established in this paper. The influence of bolt missing at the joint on the natural charac⁃
teristics of fiber-reinforced thin-walled conical-cylindrical composite shells is discussed based on the above model， by changing the
bolt stiffness at the joint and simulating the missing of bolts.
Keywords: fiber⁃reinforced；natural characteristics；conical-cylindrical composite shells with bolt connection；bolt missing；artificial
spring method

收稿日期: 2024-02-02； 修订日期: 2024-04-30
基金项目: 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室研究基金资助项目（VCAME202204）；东北电力大学
博士科研启动基金资助项目（BSJXM-2020221）