This paper addresses the method for the shape design sensitivity analysis of the buckling load in the continuous elastic body. The sensitivity formula for critical load is analytically derived and expressed in terms of shape variation, based on the continuum formulation of the stability problem. Though the buckling problem is more efficiently solved by the structural elements such as beam and shell, the elastic solids are considered in this paper because the solid elements can be used in general for any kind of structures whether they are thick or thin. The initial stress and buckling analysis is carried out by the commercial analysis code ANSYS. The sensitivity is computed by using the mathematical package MATLAB using the results of ANSYS. Several problems including straight and curved beams under compressive load, ring under pressure load, thin-walled section are chosen to illustrate the efficiency of the presented method.
The design of truss type sign support structures is based on the guidelines provided by the American Association of State Highway and Transportation Officials Standard Specifications for Highway Signs, Luminaries and Traffic Signals and the American Institute of Steel Construction Design Specifications. Using these specifications, the column design strength is normally determined using the effective length approach. This approach does not always accurately address all issues associated with frame stability, including the actual end conditions of the individual members, variations of the loads in the members, and the resulting sidesway buckling for truss type sign support structures. This paper provides insight into the problems with the simplified design approach for determining the effective lengths and discusses different approaches for overcoming these simplifications. A system buckling approach, also known as a rational buckling analysis, is used in this study to determine improved predictions for design strength of truss type sign support structures.
Ghaderi, Masoud;Ghaffarzadeh, Hosein;Maleki, Vahid A.
Earthquakes and Structures
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제9권6호
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pp.1181-1192
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2015
In this paper, an analytical method is proposed to study the effect of crack and axial load on vibration behavior and stability of the cracked columns. Using the local flexibility model, the crack has been simulated by a torsional spring with connecting two segments of column in crack location. By solving governing eigenvalue equation, the effects of crack parameters and axial load on the natural frequencies and buckling load as well as buckling load are investigated. The results show that the presents of crack cause to reduction in natural frequencies and buckling load whereas this reduction is affected by the location and depth of the crack. Furthermore, the tensile and compressive axial load increase and decrease the natural frequencies, respectively. In addition, as the compression load approaches to certain value, the fundamental natural frequency reaches zero and instability occurs. The accuracy of the model is validated through the experimental data reported in the literature.
An investigation on the thermal buckling resistance of simply supported FGM beams having parabolic-concave thickness variation and temperature dependent material properties is presented in this paper. An analytical formulation based on the first order beam theory is derived and the governing differential equation of thermal stability is solved numerically using finite difference method. a function of thickness variation is introduced which controls the parabolic variation intensity of the beam thickness without changing its original material volume. The results showed the high importance of taking into account the temperature-dependent material properties in the thermal buckling analysis of such critical beam sections. Different Influencing parametric on the thermal stability are studied which may help in design guidelines of such complex structures.
The present paper studies the stability analysis of the continuously graded CNT-Reinforced Composite (CNTRC) panel stiffened by rings and stringers. The Stiffened Panel (SP) subjected to axial and lateral loads is reinforced by agglomerated CNTs smoothly graded through the thickness. A two-parameter Eshelby-Mori-Tanaka (EMT) model is adopted to derive the effective material moduli of the CNTRC. The stability equations of the CNRTC SP are obtained by means of the adjacent equilibrium criterion. Notwithstanding most available literature in which the stiffener effects were smeared out over the respective stiffener spacing, in the present work, the stiffeners are modeled as Euler-Bernoulli beams. The Generalized Differential Quadrature Method (GDQM) is employed to discretize the stability equations. A numerical study is performed to investigate the influences of different types of parameters involved on the critical buckling of the SP reinforced by agglomerated CNTs. The results achieved reveal that continuously distributing of CNTs adjacent to the inner and outer panel's surface results in improving the stiffness of the SP and, as a consequence, inclining the critical buckling load. Furthermore, it has been concluded that the decline rate of buckling load intensity factor owing to the increase of the panel angle is significantly more sensible for the smaller values of panel angle.
Goncalves, Paulo B.;Jurjo, Daniel Leonardo B.R.;Magluta, Carlos;Roitman, Ney;Pamplona, Djenane
Structural Engineering and Mechanics
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제24권6호
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pp.709-725
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2006
In this paper the buckling and post-buckling behavior of slender bars under self-weight are studied. In order to study the post-buckling behavior of the bar, a geometrically exact formulation for the non-linear analysis of uni-directional structural elements is presented, considering arbitrary load distribution and boundary conditions. From this formulation one obtains a set of first-order coupled nonlinear equations which, together with the boundary conditions at the bar ends, form a two-point boundary value problem. This problem is solved by the simultaneous use of the Runge-Kutta integration scheme and the Newton-Raphson method. By virtue of a continuation algorithm, accurate solutions can be obtained for a variety of stability problems exhibiting either limit point or bifurcational-type buckling. Using this formulation, a detailed parametric analysis is conducted in order to study the buckling and post-buckling behavior of slender bars under self-weight, including the influence of boundary conditions on the stability and large deflection behavior of the bar. In order to evaluate the quality and accuracy of the results, an experimental analysis was conducted considering a clamped-free thin-walled metal bar. As this kind of structure presents a high index of slenderness, its answers could be affected by the introduction of conventional sensors. In this paper, an experimental methodology was developed, allowing the measurement of static or dynamic displacements without making contact with the structure, using digital image processing techniques. The proposed experimental procedure can be used to a wide class of problems involving large deflections and deformations. The experimental buckling and post-buckling behavior compared favorably with the theoretical and numerical results.
The stability of a thin plate structure is very crucial problem which results buckling. Because the buckling strength of thin plates is lower than the yield strength of the material, reinforcement plate must be used to increase the buckling strength. And, in this case, spot welding is commonly used, however, the spot welded joints are practically designed by experimental decisions, so it is Inefficient and has the risks of buckling demolition. In this study, two parameters, such as the area ratio and the distance ratio of spot welding which have influence on the buckling strength, should be chosen. Under compressive and shearing load, the effect of two parameters on the critical stress is discussed.
Memarzadeh, Parham;Mousavian, Sayedmohammad;Ghehi, Mohammad Hosseini;Zirakian, Tadeh
Steel and Composite Structures
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제35권2호
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pp.215-235
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2020
Cracks and defects may occur anywhere in a plate under tension. Cracks can affect the buckling stability performance and even the failure mode of the plate. A search of the literature reveals that the reported research has mostly focused on the study of plates with central and small cracks. Considering the effectiveness of cracks on the buckling behavior of plates, this study intends to investigate the effects of some key parameters, i.e., crack size and location as well as the plate aspect ratio and support conditions, on the buckling behavior, stress intensity factor (SIF), and the failure mode (buckling or fracture) in cracked plates under tension. To this end, a sophisticated mathematical code was developed using MATLAB in the frame-work of extended finite element method (XFEM) in order to analyze the buckling stability and collapse of numerous plate models. The results and findings of this research endeavor show that, in addition to the plate aspect ratio and support conditions, careful consideration of the crack location and size can be quite effective in buckling behavior assessment and failure mode prediction as well as SIF evaluation of the cracked plates subjected to tensile loading.
A numerical approach combining the finite element method with two different stability criteria namely the Budiansky and the phase-plane buckling criteria is used to study the dynamic buckling phenomena of plate and shell structures subjected to sudden applied loading. In the finite element analysis an explicit time integration scheme is used and the two criteria are implemented in the Finite Element analysis. The dynamic responses of the plate and shell structures have been investigated for different values of the plate and shell imperfection factors. The results indicate that the dynamic buckling time, which is normally considered in predicting elasto-plastic buckling behavior, should be taken into consideration with the buckling criteria for elastic buckling analysis of plate and shell structures. By selecting proper control variables and incorporating them with two dynamic buckling criteria, the unique dynamic buckling load can be obtained and the problems of ambiguity and contradiction of dynamic buckling load of plate and shell structure can be resolved.
As one of the most common failure types of arch bridges, stability is one of the critical aspects for the design of arch bridges. Using 3D finite element model in ABAQUS, this paper has studied the stability performance of an arch bridge with inclined arch ribs and hangers, and the analysis also took the effects of geometrical and material nonlinearity into account. The impact of local buckling and residual stress of steel plates on global stability and the applicability of fiber model in stability analysis for steel arch bridges were also investigated. The results demonstrate an excellent stability of the arch bridge because of the transverse constraint provided by transversely-inclined hangers. The distortion of cross section, local buckling and residual stress of ribs has an insignificant effect on the stability of the structure, and the accurate ultimate strength may be obtained from a fiber model analysis. This study also shows that the yielding of the arch ribs has a significant impact on the ultimate capacity of the structure, and the bearing capacity may also be approximately estimated by the initial yield strength of the arch rib.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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