In this paper a method is suggested for the probabilistic analysis of impact buckling failure time of cylinder with random axisymmetric geometric imperfection under axial impact. Failure is assumed as axisymmetric radial deformation exceeds the given criteria for the first time. For the generation of random geometric initial imperfection, random field theory by mean function and autocorrelation function of geometric imperfection is used. Suggested method is useful for the treatment of the randomness of realistic geometric imperfection and can be used for the structural safety analysis of cylinder considering its effect.
Kim, Do-Young;Sim, Chang-Hoon;Park, Jae-Sang;Yoo, Joon-Tae;Yoon, Young-Ha;Lee, Keejoo
Composites Research
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v.34
no.5
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pp.283-289
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2021
This paper derives numerically the buckling Knockdown factors using two different initial imperfection models, such as geometric and loading imperfection models, to investigate the unstiffened composite cylinder with an ellipse pre-buckling deformation pattern. Single Perturbation Load Approach (SPLA) is applied to represent the geometric initial imperfection of a thin-walled composite cylinder; while Single Boundary Perturbation Approach (SBPA) is used to represent the geometric and loading imperfections simultaneously. The buckling Knockdown factor derived using SPLA is higher than NASA's buckling design criteria by approximately 84%, and lower than buckling test result by 9%. The buckling Knockdown factor using SBPA is higher than NASA's buckling design criteria by about 75%, and 14% lower than the buckling test result. Therefore, it is shown that the buckling Knockdown factors derived in this study can provide a lightweight design compared to the previous buckling design criteria while they give reasonably a conservative design compared to the buckling test for both the initial imperfection models.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.29
no.2
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pp.103-114
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1992
A study result of buckling reliability is presented for the axially compressed imperfect elastic cylinder. Multi-mode analysis program is developed from Karman-Donnell Equation for the calculation of the buckling load of the cylindrical she1l. Geometric intial imperfection is approximated by double Fourier series of which coefficients are assumed random variables with jointly normal distribution characteristics. Crude Monte Carlo simulation technique is used to calculate the probabilistic failure properties of several cases with various imperfection Conditions.
Since the kinetic energy is dissipated through plastic deformation energy generated in expanding process of the tube by a die. In order to successfully absorb the kinetic energy there should be no buckling in the expansion tube during expanding process. The buckling instability of the expansion tubes is affected by the initial boundary conditions, tube thickness and length. In this study, the effects of the tube thickness except length and initial boundary condition on the buckling instability are studied using a finite element method. In addition, Analysis procedure for nonlinear post-buckling analysis of expansion tube is established. There are three kinds of finite element analysis procedures for buckling analysis of expansion tube, quasi-static analysis, linear buckling analysis and nonlinear post-buckling analysis. The effect of the geometry imperfections defined as linear superimposition of buckling modes is considered in the nonlinear post-buckling analysis. The results of finite element analysis indicate that the buckling load increase with increase of thickness of tube and geometry imperfection. Finial buckling shapes are changed with respect to the geometry imperfection.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.12
no.3
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pp.319-329
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1999
본 연구에서는 골조의 안정과 구조적인 거동에 영향을 미치는 2차 효과에 의한 기하학적 비선형 문제, 세장비가 작은 부재 단면의 소성, 보-기둥 접합부의 상태, 그리고 부재 내부에 발생되어 있는 기하학적 초기결함을 고려한 복합적인 비선형 해석프로그램을 개발하여, 철골조 구조물의 거동을 근사적으로 예측하고자 한다. 그리고, 각 비선형 해석의 신뢰성을 검증하고, 상호관계를 파악되기 위해서 각 해석에 따른 좌굴하중과 거동을 비교 검토한다.
In this paper, buckling reliability analyses of stiffened cylinder with random initial geometric imperfection under axial impact load are performed by the combined response surface method. The effect of random geometric imperfection on the failure probability and reliability is recognized quantitatively. Buckling reliability decreases with the increase of mean value, cov of initial geometric imperfection under the same external load. Buckling probability under impact load is greater than those under static load with the same condition. From the probabilistic characteristics of imapct buckling load, relation between reliability index and safety parameter can be obtained in addition to the relation between load and reliability index. And those results can be used to determine the range of required safety parameter and acceptable imperfaction.
Resisting strength of ring-stiffened cylindrical steel shell under uniform external pressure was evaluated by geometrically and materially nonlinear finite element method. The effects of shape and amplitude of geometric initial imperfection, radius to thickness ratio, and spacing of ring stiffeners on the resisting strength of ring-stiffened shell were analyzed. The resisting strength of ring-stiffened cylindrical shells made of SM490 obtained by FEA were compared with design strengths specified in Eurocode 3 and DNV-RP-C202. The shell buckling modes obtained from a linear elastic bifurcation FE analysis were introduced in the nonlinear FE analysis as initial geometric imperfections. The radius to thickness ratios of cylindrical shell in the range of 250 to 500 were considered.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.31
no.1
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pp.142-154
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1994
In this paper, stochastic imperfection sensitivity analyses of stiffened cylindrical shells under static load are presented. Multimode formulation is performed for the buckling load calculation based on the Donnell's theory and Galerkin approximation. Random imperfection field theory and response surface method are combined with deterministic bucking analysis scheme to perform stochastic imperfection sensitivity analyses of stiffened cylindrical shells considering random geometric imperfection. From the characteristics of probabilistic bucking load, the relation between reliability index and safety parameter can be obtained in addition to the relation between load and reliability index. Those results can be used to determine the range of required safety parameter and acceptable imperfection.
Ultimate flexural buckling strength of cylindrical steel shells for the wind turbine tower structure was investigated by applying the geometrically and materially nonlinear finite element method. The effects of initial imperfection, radius to thickness ratio, and type of steel on the ultimate flexural strength of cylindrical shell were analyzed. The flexural strengths of cylindrical shells obtained by FEA were compared with design flexural strengths specified in Eurocode 3 and AISI. The shell buckling modes recommended in DNV-RP-C202 and the out-of-roundness tolerance and welding induced imperfections specified in Eurocode 3 were used in the nonlinear FE analysis as initial geometrical imperfections. The radius to thickness ratios of cylindrical shell in the range of 60 to 210 were considered and shells are assumed to be made of SM520 or HSB800 steel.
Ultimate axial strength of longitudinally stiffened cylindrical steel shells for wind turbine tower was investigated by applying the geometrically and materially nonlinear finite element method. The effects of radius to thickness ratio of shell, shape and amplitude of initial imperfections, area ratio between effective shell and stiffener, and stiffener spacing on the ultimate axial strength of cylindrical shells were analyzed. The ultimate axial strengths of stiffened cylindrical shells by FEA were compared with design buckling strengths specified in DNV-RP-C202. The shell buckling modes obtained from a linear elastic bifurcation FE analysis as well as the weld depression during fabrication specified in Eurocode 3 were introduced in the nonlinear FE analysis as initial geometric imperfections. The radius to thickness ratio of cylindrical shell models was selected to be in the range of 50 to 200. The longitudinal stiffeners were designed according to DNV-RP-C202 to prevent the lateral torsional buckling and local buckling of stiffeners.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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