The thermal buckling analysis of curved continuous welded rail (CWR) is studied for the lateral buckling prevention. This study includes a thermal buckling theory which accounts for both thermal and vehicle loading effects in the evaluation of track stability. The parameters include rail size, track lateral resistance, track longitudinal and torsional stiffnesses, initial misalignment amplitude and wavelength, track curvature, tie-ballast friction coefficient and truck center spacing. Parametric studies are performed to evaluate the effects of the individual parameters on the upper and lower critical buckling temperatures. The results show that the upper critical buckling temperature is highly affected by the uplift due to vehicle loads. This study provides a guideline for the improvement of stability for dynamic buckling in curved CWR track.
Based on a non-linear model taking into account flexural-torsional couplings, analytical solutions are derived for lateral buckling of simply supported I beams under some representative load cases. A closed form is established for lateral buckling moments. It accounts for bending distribution, load height application and pre-buckling deflections. Coefficients $C_1$ and $C_2$ affected to these parameters are then derived. Regard to well known linear stability solutions, these coefficients are not constant but depend on another coefficient $k_1$ that represents the pre-buckling deflection effects. In numerical simulations, shell elements are used in mesh process. The buckling loads are achieved from solutions of eigenvalue problem and by bifurcations observed on non linear equilibrium paths. It is proved that both the buckling loads derived from linear stability and eigenvalue problem lead to poor results, especially for I sections with large flanges for which the behaviour is predominated by pre-buckling deflection and the coefficient $k_1$ is large. The proposed solutions are in good agreement with numerical bifurcations observed on non linear equilibrium paths.
The paper investigates beam lateral buckling stability according to linear and non-linear models. Closed form solutions for single-symmetric cross sections are first derived according to a non-linear model considering flexural-torsional coupling and pre-buckling deformation effects. The closed form solutions are compared to a beam finite element developed in large torsion. Effects of pre-buckling deflection and gradient moment on beam stability are not well known in the literature. The strength of singly symmetric I-beams under gradient moments is particularly investigated. Beams with T and I cross-sections are considered in the study. It is concluded that pre-buckling deflections effects are important for I-section with large flanges and analytical solutions are possible. For beams with T-sections, lateral buckling resistance depends not only on pre-buckling deflection but also on cross section shape, load distribution and buckling modes. Effects of pre-buckling deflections are important only when the largest flange is under compressive stresses and positive gradient moments. For negative gradient moments, all available solutions fail and overestimate the beam strength. Numerical solutions are more powerful. Other load cases are investigated as the stability of continuous beams. Under arbitrary loads, all available solutions fail, and recourse to finite element simulation is more efficient.
Vibration, buckling and dynamic stability of a cantilever rectangular plate subjected to an in-plane sinusoidally varying load applied along the free end are analyzed. The thin plate small deflection theory is used. The Rayleigh-Ritz method is employed to solve vibration and buckling of the plate. The dynamic stability problem is solved by using the Hamilton principle to drive time variables. The resulting time variables are solved by the harmonic balance method. Buckling properties and natural frequencies of the plate are shown at first. Unstable regions are presented for various loading conditions. Simple parametric resonances and combination resonances with sum type are obtained for various loading conditions, static load and damping.
This paper focuses on the buckling capacity of a hybrid grid shell. The eigenvalue buckling, geometrical non-linear elastic buckling and elasto-plastic buckling analyses of the hybrid structure were carried out. Then the influences of the shape and scale of imperfections on the elasto-plastic buckling loads were discussed. Also, the effects of different structural parameters, such as the rise-to-span ratio, beam section, area and pre-stress of cables and boundary conditions, on the failure load were investigated. Based on the comparison between elastic and elasto-plastic buckling loads, the effect of material non-linearity on the stability of the hybrid barrel vault is found significant. Furthermore, the stability of a hybrid barrel vault is sensitive to the anti-symmetrical distribution of loads. It is also shown that the structures are highly imperfection sensitive which can greatly reduce their failure loads. The results also show that the support conditions pose significant effect on the elasto-plastic buckling load of a perfect hybrid structure.
Buckling is one of the major causes of failure in thin-walled plate members and the presence of cracks with different lengths and locations in such structures may adversely affect this phenomenon. This study focuses on the buckling stability assessment of centrally and non-centrally cracked plates with small-, intermediate-, and large-size cracks, and different aspect ratios as well as support conditions, subjected to uniaxial compression. To this end, numerical models of the cracked plates were created through singular finite element method using a computational code developed in MATLAB. Eigen-buckling analyses were also performed to study the stability behavior of the plates. The numerical results and findings of this research demonstrate the effectiveness of the crack length and location on the buckling capacity of thin plates; however, the degree of efficacy of these parameters in plates with various aspect ratios and support conditions is found to be significantly different. Overall, careful consideration of the aspect ratio, support conditions, and crack parameters in buckling analysis of plates is crucial for efficient stability design and successful application of such thin-walled members.
The material-based homogenization design method generates arbitrary topologies of initial structural design as well as reinforcement structural design by controlling the amount of material available. However, if a small volume constraint is specified in the design of Lightweight structures, thin and slender structures are usually obtained. For these structures stability becomes one of the most important requirements. Thus, to prevent overall buckling (that is, to increase stability), the objective of the design is to maximize the buckling load of a structure. In this paper, the buckling analysis is restricted to the linear buckling behavior of a structure. The global stability requirement is defined as a stiffness constraint, and determined by solving the eigenvalue problem. The optimality conditions to update the design variables are derived based on the sequential convex approximation method and the dual method. Illustrated examples are presented to validate the feasibility of this method in the design of structures.
This article presented a comprehensive model to study static buckling stability and associated mode-shapes of higher shear deformation theories of sandwich laminated composite beam under the compression of varying axial load function. Four higher order shear deformation beam theories are considered in formulation and analysis. So, the model can consider the influence of both thick and thin beams without needing to shear correction factor. The compression force can be described through axial direction by uniform constant, linear and parabolic distribution functions. The Hamilton's principle is exploited to derive equilibrium governing equations of unified sandwich laminated beams. The governing equilibrium differential equations are transformed to algebraic system of equations by using numerical differential quadrature method (DQM). The system of equations is solved as an eigenvalue problem to get critical buckling loads and their corresponding mode-shapes. The stability of DQM in determining of buckling loads of sandwich structure is performed. The validation studies are achieved and the obtained results are matched with those. Parametric studies are presented to figure out effects of in-plane load type, sandwich thickness, fiber orientation and boundary conditions on buckling loads and mode-shapes. The present model is important in designing process of aircraft, naval structural components, and naval structural when non-uniform in-plane compressive loading is dominated.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.6
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pp.173-181
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2000
The stability of a structural plate is a crucial problem which causes wrinkling and buckling. In this paper, the effect of the pattern of spot-welding points in the two rectangular plate on the shear buckling load is studied with respect to the thickness, the aspect ratio of plates, the number of welding spots. Buckling coefficient of the simple plate was compared with that of two plates with various conditions to extract the effect of buckling strength. The effect of the number of welding spots are studied in two directions, longitudinal and transverse directions. The concluded that the reinforcement effect was maximized when the aspect ratio was close to 1.5 and that the effect of number of welding spots in longitudinal direction was larger than that in transverse direction.
The paper investigates the influence of lateral restraint on the buckling behaviour of plate under non-uniform compression. The unloaded edges are assumed to be partially restrained against translation in the plane of the plate and the distributions of the resulting forces acting on the plate are shown. The stability analysis is done numerically using the Galerkin method and various strategies the economize the numerical implementation are presented. Results are obtained showing the variation of the buckling load, from free edge translation to fully restrained, with unloaded edges simply supported, clamped and partially restrained against rotation for various plate aspect ratios and stress gradient coefficients. An apparent decrease in the buckling load is observed due to these destabilizing forces acting in the plate and changes in the buckling modes are observed by increasing the intensity of the lateral restraint. A comparison is made between the budding loads predicted from various formulas in stability standards based on free edge translation and the values derived from the present investigation. A difference of about 34% in the predicted buckling load and different buckling mode were found.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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