Creating different cutout shapes in order to make doors and windows, reduce the structural weight or implement various mechanisms increases the likelihood of buckling in thin-walled structures. In this study, the effect of cutout shape and geometric imperfection (GI) is simultaneously investigated on the critical buckling load and knock-down factor (KDF) of composite cylindrical shells. The GI is modeled using single perturbation load approach (SPLA). First, in order to assess the finite element model, the critical buckling load of a composite shell without cutout obtained by SPLA is compared with the experimental results available in the literature. Then, the effect of different shapes of cutout such as circular, elliptic and square, and perturbation load imperfection (PLI) is investigated on the buckling behavior of cylindrical shells. Results show that the critical buckling load of a shell without cutout decreases by increasing the PLI, whereas increasing the PLI does not have a great impact on the critical buckling load in the presence of cutout imperfection. Increasing the cutout area reduces the effect of the PLI, which results in an increase in the KDF.
This paper focuses on an analytical research on the critical buckling load of cylindrical shells with stepwise variable wall thickness under axial compression. An arctan function is established to describe the thickness variation along the axial direction of this kind of cylindrical shells accurately. By using the methods of separation of variables, small parameter perturbation and Fourier series expansion, analytical formulas of the critical buckling load of cylindrical shells with arbitrary axisymmetric thickness variation under axial compression are derived. The analysis is based on the thin shell theory. Analytic results show that the critical buckling load of the uniform shell with constant thickness obtained from this paper is identical with the classical solution. Two important cases of thickness variation pattern are also investigated with these analytical formulas and the results coincide well with those obtained from other authors. The cylindrical shells with stepwise variable wall thickness, which are widely used in actual engineering, are studied by this method and the analytical formulas of critical buckling load under axial compression are obtained. Furthermore, an example is presented to illustrate the effects of each strake's length and thickness on the critical buckling load.
Chen, Yong-Hui;Chen, Long;Xu, Kai;Liu, Lin;Ng, Charles W.W.
Structural Engineering and Mechanics
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v.48
no.3
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pp.367-382
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2013
Different types of long slender pile shall buckle with weak soil and liquefied stratum surrounded. Different from considering single side earth pressure, it was suggested that the lateral earth pressure can be divided into two categories while buckling: the earth pressure that prevent and promotes the lateral movement. Active and passive earth pressure calculation model was proposed supposing earth pressure changed linearly with displacement considering overlying load, shaft resistance, earth pressure at both sides of the pile. Critical buckling load calculation method was proposed based on the principle of minimum potential energy quoting the earth pressure calculation model. The calculation result was contrasted with the field test result of small diameter TC pile (Plastic Tube Cast-in-place pile). The fix form could be fixed-hinged in the actual calculation assuring the accuracy and certain safety factor. The contributions of pile fix form depend on the pile length for the same geological conditions. There exists critical friction value in specific geological conditions that the side friction has larger impact on the critical buckling load while it is less than the value and has less impact with larger value. The buckling load was not simply changed linearly with friction. The buckling load decreases with increased limit active displacement and the load tend to be constant with larger active displacement value; the critical buckling load will be the same for different fix form for the small values.
In this paper we deal with stability problems of any complex structure that can be modeled by beam and shell finite elements. We use for illustration the steel plate girders, which are used in bridge construction, and in industrial halls or building construction. Long spans, slender cross sections exposed to heavy loads, are all critical design points engineers must take into account. Knowing the critical load that will cause lateral torsional buckling of the girder, or load that can lead to web buckling, as an important scenario to consider in a design process.Many of such problem, including lateral torsional buckling with influence of lateral supports and their spacing on critical load can be solved by the proposed method. An illustrative study of web buckling also includes effects of position and spacing of transverse and longitudinal web stiffeners, where stiffeners can be modelled optionally using shell or frame elements.
In the present study, according to the important of porosity in low specific weight in comparison of high stiffness of carbon nanotubes reinforced composite, buckling and free vibration analysis of sandwich composite beam in two configurations, of laminates using differential quadrature method (DQM) is studied. Also, the effects of porosity coefficient and three types of porosity distribution on critical buckling load and natural frequency are discussed. It is shown the buckling loads and natural frequencies of laminate 1 are significantly larger than the results of laminate 2. When configuration 2 (the core is made of FRC) and laminate 1 ([0/90/0/45/90]s) are used, the first natural frequency rises noticeably. It is also demonstrated that the influence of the core height in the case of lower carbon volume fractions is negligible. Even though, when volume fraction of fiber increases, the critical buckling load enhances smoothly. It should be noticed the amount of decline has inverse relationship with the beam aspect ratio. Investigating three porosity patterns, beam with the distribution of porosity Type 2 has the maximum critical buckling load and first natural frequency. Among three elastic foundations (constant, linear and parabolic), buckling load and natural frequency in linear variation has the least amount. For all kind of elastic foundations, when the porosity coefficient increases, critical buckling load and natural frequency decline significantly.
In this paper, linear buckling analysis of a curved sandwich beam with a flexible core is investigated. Derivation of equations for face sheets is accomplished via the classical theory of curved beam, whereas for the flexible core, the elasticity equations in polar coordinates are implemented. Employing the von-Karman type geometrical non-linearity in strain-displacement relations, nonlinear governing equations are resulted. Linear pre-buckling analysis is performed neglecting the rotation effects in pre-buckling state. Stability equations are concluded based on the adjacent equilibrium criterion. Considering the movable simply supported type of boundary conditions, suitable trigonometric solutions are adopted which satisfy the assumed edge conditions. The critical uniform load of the beam is obtained as a closed-form expression. Numerical results cover the effects of various parameters on the critical buckling load of the curved beam. It is shown that, face thickness, core thickness, core module, fiber angle of faces, stacking sequence of faces and openin angle of the beam all affect greatly on the buckling pressure of the beam and its buckled shape.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.14
no.3
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pp.47-56
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2014
This paper investigates the characteristics of unstable behaviour and critical buckling load by joint rigidity of framed large spatial structures which are sensitive to initial conditions. To distinguish the stable from the unstable, a singular point on equilibrium path and a critical buckling level are computed by the eigenvalues and determinants of the tangential stiffness matrix. For the case study, a two-free node example and a folded plate typed long span example with 325 nodes are adopted, and these adopted examples' nonlinear analysis and unstable characteristics are analyzed. The numerical results in the case of the two-free node example indicate that as the influence of snap-through is bigger; that of bifurcation buckling is lower than that of the joint rigidity as the influence of snap-through is lower. Besides, when the rigidity decreases, the critical buckling load ratio increases. These results are similar to those of the folded-typed long span example. When the buckling load ratio is 0.6 or less, the rigidity greatly increases.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.22
no.3
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pp.25-32
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2022
In this paper, the instability of the domed spatial truss structure using wood and the characteristics of the buckling critical load were studied. Hexagonal space truss was adopted as the model to be analyzed, and two boundary conditions were considered. In the first case, the deformation of the inclined member is only considered, and in the second case, the deformation of the horizontal member is also considered. The materials of the model adopted in this paper are steel and timbers, and the considered timbers are spruce, pine, and larch. Here, the inelastic properties of the material are not considered. The instability of the target structure was observed through non-linear incremental analysis, and the buckling critical load was calculated through the singularities and eigenvalues of the tangential stiffness matrix at each incremental step. From the analysis results, in the example of the boundary condition considering only the inclined member, the critical buckling load was lower when using timber than when using steel, and the critical buckling load was determined according to the modulus of elasticity of timber. In the case of boundary conditions considering the effect of the horizontal member, using a mixture of steel and timber case had a lower buckling critical load than the steel case. But, the result showed that it was more effective in structural stability than only timber was used.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.13
no.1
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pp.87-96
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2013
This study investigated characteristics of buckling load and effective buckling length by member rigidity of dome-typed space frame which was sensitive to initial conditions. A critical point and a buckling load were computed by analyzing the eigenvalues and determinants of the tangential stiffness matrix. The hexagonal pyramid model and star dome were selected for the case study in order to examine the nodal buckling and member buckling in accordance with member rigidity. From the numerical results, an effective buckling length factor of adopted models was bigger than that of Euler buckling for the case of fixed boundary. These numerical models indicated that the influence of nodal buckling was greater than that of member buckling as member rigidity was higher. Besides, there was a tendency that the bifurcation appeared on the equilibrium path before limit point in the member buckling model.
By using the first order shear deformation plate theory (FSDT) in the present paper, the effect of porosity on the buckling behavior of carbon nanotube-reinforced composite porous plates has been investigated analytically. Two types of distributions of uniaxially aligned reinforcement material are utilized which uniformly (UD-CNT) and functionally graded (FG-CNT) of plates. The analytical equations of the model are derived and the exact solutions for critical buckling load of such type's plates are obtained. The convergence of the method is demonstrated and the present solutions are numerically validated by comparison with some available solutions in the literature. The central thesis studied and discussed in this paper is the Influence of Various parameters on the buckling of carbon nanotube-reinforced porous plate such as aspect ratios, volume fraction, types of reinforcement, the degree of porosity and plate thickness. On the question of porosity, this study found that there is a great influence of their variation on the critical buckling load. It is revealed that the critical buckling load decreases as increasing coefficients of porosity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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