In this paper, the thermal post-buckling characteristics of functionally graded (FG) pipes with initial geometric imperfection are studied. Considering the influence of initial geometric defects, temperature and geometric nonlinearity, Euler-Lagrange principle is used to derive the nonlinear governing equations of the FG pipes. Considering three different boundary conditions, the two-step perturbation method is used to solve the nonlinear governing equations, and the expressions of thermal post-buckling responses are also obtained. Finally, the correctness of this paper is verified by numerical analyses, and the effects of initial geometric defects, functional graded index, elastic foundation, porosity, thickness of pipe and boundary conditions on thermal post-buckling response are analyzed. It is found that, bifurcation buckling exists for the pipes without initial geometric imperfection. In contrast, there is no bifurcation buckling phenomenon for the pipes with initial geometric imperfection. Meanwhile, the elastic stiffness can significantly improve thermal post-buckling load and thermal post-buckling strength. The larger the porosity, the greater the thermal buckling load and the thermal buckling strength.
In this paper the ultimate strength of the R/C cooling towers, which have initial imperfection and pre-cracked elements, is analyzed. The initial geometric imperfections arise from the unavoidable inaccuracies under the construction and the pre-cracks are assumed to be produced by the temperature stress gradients or cyclic loading under wind pressure and/or earthquake load. Both effects are strongly influenced on the strength of the R/C cooling tower shell structures. The reinforcing ratio is also the important factor to evaluate the ultimate strength of the R/C cooling tower shells. However we could not analyze these structures experimentally because of their large, analyses are the powerful schemes to evaluate the safety and reliability of these structures. The analyzed model is Port Gibson cooling tower shell. In the numerical analysis the geometric and material nonlinearities are taken into account.
The present study aims to investigate the ultimate strength and geometric nonlinear behavior of composite plates containing initial imperfection subjected to combined end-shortening strain and lateral pressure loading by using a semi-analytical method. In this study, the first order shear deformation plate theory is considered with the assumption of large deflections. Regarding in-plane boundary conditions, two adjacent edges of the laminates are completely held while the two others can move straightly. The formulations are based on the concept of the principle of minimum potential energy and Newton-Raphson technique is employed to solve the nonlinear set of algebraic equations. In addition, Hashin failure criteria are selected to predict the failures. Further, two distinct models are assumed to reduce the mechanical properties of the failure location, complete ply degradation model, and ply region degradation model. Degrading the material properties is assumed to be instantaneous. Finally, laminates having a wide range of thicknesses and initial geometric imperfections with different intensities of pressure load are analyzed and discuss how the ultimate strength of the plates changes.
To improve survivability of damaged ship, assessment of stability and structural safety, and behavior analysis in wave is required. Prediction of sinking time, damage stability and structural strength considering progressive flooding and dynamic force in wave is very important. To do it, a geometric model which can be express damaged ship is prepared. This paper described the geometric modeler for survivability assessment of damaged ship. The modeler is developed based on 3-D geometric modeling kernel, ACIS. The hull form and compartment definition is available fundamentally. And requirement for modeler contains data generation and interface for hydrostatic calculation, behavior analysis, and longitudinal strength analysis and so on. To easy access modeling system by conventional user such as crew, user interface is developing.
A finite element algorithm for consideration of contact constraints is presented. It is characterized by introducing the geometric constraints, resulting from contact conditions, directly into the algebraic system of equations for the incremental displacements of an incremental iterative solution procedure. The usefulness of the proposed algorithm for efficient solutions of contact problems involving large displacements and large strains is demonstrated in the numerical investigation.
Aleksandra M. Pawlak;Tomasz A. Gorny;Michal Plust;Piotr Paczos;Jakub Kasprzak
Steel and Composite Structures
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제52권3호
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pp.327-341
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2024
This paper is the first in a series of articles dealing with the study and analysis of imperfections in thin-walled, cold-formed steel sections with modified cross-sectional shapes. A study was conducted, using 3D scanning techniques, to determine the most vulnerable geometric imperfections in the profiles. Based on a review of the literature, it has been determined that few researchers are studying thin-walled sections with modified cross-sectional shapes. Each additional bend in the section potentially generates geometric imperfections. Geometric imperfections significantly affect the resistance to loss of stability, which is crucial when analyzing thin-walled structures. In addition, the most critical locations along the length where these imperfections occur were determined. Based on the study, it was found that geometric imperfections cause a reduction in critical load. It should be noted that the tests performed are preliminary studies, based on which a program of further research will be developed. In addition, the article presents the current state of knowledge in the authors' field of interest. The future objective is to ascertain if these imperfections could potentially contribute positively to structural integrity. This enhanced understanding may pave the way for novel methodologies in structural engineering, wherein imperfections are viewed not solely as flaws but also as elements that could enhance the end product.
A procedure of stress and strength analysis has been proposed for the centrifuge rotor of composite materials of quasi-isotropic laminates. The goal in this study is to maximize the allowable rotating speed, that is, to minimize maximum strength ratio with the given path length by changing the geometric parameter-outer radius and ply angles in quasi-isotropic laminates. Optimum values of the geometric parameter-outer radius and ply angles are obtained by multilevel optimization. All the geometric dimensions and stresses are normalized such that the result can be extended to a general case. Two dimensional analysis at each cross section with an elliptic tube hole subjected to internal hydrostatic pressures by samples as well as the centrifugal body forces has been performed along the height to calculate the stress distribution with the plane stress assumption, and Tsai-Wu failure criterion is used to calculate the strength ratio. The maximum allowable rotating speed can be increased by changing the radii of the outer surface along the height with the maximum strength ratio under the unit value : The optimal number of ply angles maximizing the allowable rotating speed in quasi-isotropic laminates is found to be the half number of tube hole, and the optimal laminate rotation angle is the half of $[{\pi}/m]$. A $[{\pi}/3]$ laminate, for instance, is stronger than a $[{\pi}/4]$ laminate for the centrifuge rotor of 6 tube hole number even though they have the same stiffness.
In the recent years, steel box girder bridges have been extensively used due to high bending stiffness, torsional rigidity, and rapid construction. Therefore, researches related to this girder bridge have been widely conducted. This paper investigates the effect of residual stresses and geometric imperfections on the load-carrying capacity of steel box girder bridges spanning 30 m and 50 m. A three - dimensional finite element model of the steel box girder with a closed section was developed and analyzed using ABAQUS software. Nonlinear inelastic analysis was used to capture the actual response of the girder bridge accurately. Based on the results of analyses, the superimposed mode of webs and flanges was recommended for considering the influence of initial geometric imperfections of the steel box model. In addition, 4% and 16% strength reduction rates on the load - carrying capacity of the perfect structural system were respectively recommended for the girders with compact and non-compact sections, whose designs satisfy the requirements specified in AASHTO LRFD standard. As a consequence, the research results would help designers eliminate the complexity in modeling residual stresses and geometric imperfections when designing the steel box girder bridge.
This paper is a presentation of a physical model for the elastic-partly plastic behavior of rectangular hollow section pinned struts subjected to static cyclic axial loading and the evaluation of the compressive strength of retrofitted damaged struts. Retrofitting is achieved by welding stiffening plates along the webs of damaged struts. The shape of the elastic and permanent deformations of the strut axis satisfy the conditions at the ends and midspan. Continuous functions of the geometric variables of stress distributions in the yielded zone are evaluated by interpolation between three points along each partly plastic zone. Permanent deformations of the partly plastic region are computed and used to update the shape of the unloaded strut. The necessity of considering geometric nonlinearity is discussed. The sensitivity of the results to the location of interpolation points, the shape of the permanent deformation and material hysteretic properties is investigated.
This paper presents a numerical model for buckling analysis of slender piles, such as micropiles. The model incorporates geometric nonlinearities to provide enhanced accuracy and a more comprehensive representation of pile buckling behavior. Specifically, the pile is represented using geometrically nonlinear beams with the von Karman deformation measure. The lateral support provided by the surrounding soil is modeled using the spring approach, with the spring stiffness determined according to the undrained shear strength of the soil. The numerical model is tested across a wide range of pile slenderness ratios and undrained shear strengths of the surrounding soil. The numerical results are validated against analytical solutions. Furthermore, the influence of various pile bottom end boundary conditions on the critical buckling force is investigated. The implications of the obtained results are thoroughly discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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