An analytical research on buckling of simply supported thin plate with variable thickness under bi-axial compression is presented in this paper. Combining the perturbation technique, Fourier series expansion and Galerkin methods, the linear governing differential equation of the plate with arbitrary thickness variation under bi-axial compression is solved and the analytical expression of the critical buckling load is obtained. Based on that, numerical analysis is carried out for the plates with different thickness variation forms and aspect ratios under different bi-axial compressions. Four different thickness variation forms including linear, parabolic, stepped and trigonometric have been considered in this paper. The calculated critical buckling loads and buckling modes are presented and compared with the published results in the tables and figures. It shows that the analytical expressions derived by the theoretical method in this paper can be effectively used for buckling analysis of simply supported thin plates with arbitrary thickness variation, especially for the stepped thickness that used in engineering widely.
Using the non-local elasticity theory, Timoshenko beam model is developed to study the non- local buckling of Triple-walled carbon nanotubes (TWCNTs) embedded in an elastic medium under axial compression. The chirality and small scale effects are considered. The effects of the surrounding elastic medium based on a Winkler model and van der Waals' (vdW) forces between the inner and middle, also between the middle and outer nanotubes are taken into account. Considering the small-scale effects, the governing equilibrium equations are derived and the critical buckling loads under axial compression are obtained. The results show that the critical buckling load can be overestimated by the local beam model if the small-scale effect is overlooked for long nanotubes. In addition, significant dependence of the critical buckling loads on the chirality of zigzag carbon nanotube is confirmed. Furthermore, in order to estimate the impact of elastic medium on the non-local critical buckling load of TWCNTs under axial compression, the use of these findings are important in mechanical design considerations, improve and reinforcement of devices that use carbon nanotubes.
Do-Young Kim;Chang-Hoon Sim;Jae-Sang Park;Joon-Tae Yoo;Young-Ha Yoon;Keejoo Lee
Structural Engineering and Mechanics
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제87권5호
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pp.419-429
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2023
This study conducts numerical analyses of a thin-walled composite cylinder under axial compression and internal pressure of 10 kPa. Numerical vibration correlation technique and nonlinear postbuckling analyses are conducted using the nonlinear finite element analysis program, ABAQUS. The single perturbation load approach and measured imperfection data are used to represent the geometric initial imperfection of thin-walled composite cylinder. The buckling knockdown factors are derived using present initial imperfection and analysis methods under axial compression without and with the internal pressure. Furthermore, the buckling knockdown factors are compared with the buckling test and computation time are calculated. In this study, derived buckling knockdown factors in present study have difference within 10% as compared with the buckling test. It is shown that nonlinear postbuckling analysis can derive relatively accurate buckling knockdown factor of present thin-walled cylinders, however, numerical vibration correlation technique derives reasonable buckling knockdown factors compared with buckling test. Therefore, this study shows that numerical vibration correlation technique can also be considered as an effective numerical method with 21~91% reduced computation time than nonlinear postbuckling analysis for the derivation of buckling knockdown factors of present composite cylinders.
This paper presents the analytical results of local buckling of orthotropic I-shape compression members. Employing the equilibrium approach, the characteristic equation for local buckling of I-shape compression member is derived. Using the derived equation, the minimum buckling coefficients with respect to the ratio of width to thickness for the I-shape column are suggested as a graphical form. In addition, the dominant plate component initiating the local buckling of I-shape column is also identified by using the approximate solution and the results are plotted with dotted line on the minimum bucking coefficient curve.
In this paper, a new explicit analytical formula is derived for the critical buckling load of Double Walled Carbon Nanotubes (DWCNTs) embedded in Winkler elastic medium without taking into account the effects of the nonlocal parameter, which indicates the effects of the surrounding elastic matrix combined with the intertube Van der Waals (VdW) forces. Furthermore, we present a model which predicts that the critical axial buckling load embedded in Winkler, Pasternak or Kerr elastic medium under axial compression using the nonlocal Donnell shell theory, this model takes into account the effects of internal small length scale and the VdW interactions between the inner and outer nanotubes. The present model predicts that the critical axial buckling load of embedded DWCNTs is greater than that without medium under identical conditions and parameters. We can conclude that the embedded DWCNTs are less susceptible to axial buckling than those without medium.
Buckling behavior of stiffened laminated composite cylindrical panel was studied using linear and nonlinear deformation theory. Various buckling load factors are obtained for stiffened laminated composite cylindrical panels with rectangular type longitudinal stiffeners and various longitudinal length to radius ratio, which made from Carbon/Epoxy USN150 prepreg and are simply-supported on four edges under uniaxial compression. Buckling behavior design analyses are carried out by the nonlinear search optimizer, ADS.
El-Kholy, Ahmed M.;Mourad, Sherif A.;Shaheen, Ayman A.;Mohamed, Yomna A.
Structural Engineering and Mechanics
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제72권5호
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pp.569-583
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2019
Tubular steel sections are widespread all over the world because of their strength and aesthetic appearance. Tubular steel members may exhibit local buckling such as elephant foot or overall buckling under extreme compression load. Recently, external bonding of fiber reinforced polymers (FRP) sheets for strengthening these members has been explored through experimental research. This paper presents three-dimensional nonlinear finite element analysis (FEA) to investigate the structural behavior of strengthening tubular steel members with FRP against local and overall buckling phenomena. Out-of-roundness and out-of-straightness imperfections were introduced to the numerical models to simulate the elephant foot and overall buckling, respectively. The nonlinear analysis preferences such as the integration scheme of the shell elements, the algorithm for solution of nonlinear equations, the loading procedure, the bisection limits for the load increments, and the convergence criteria were set, appropriately enough, to successfully track the sophisticated buckling deformations. The agreement between the results of both the presented FEA and the experimental research was evident. The FEA results demonstrated the power of the presented rigorous FEA in monitoring the plastic strain distribution and the buckling phenomena (initiation and propagation). Consequently, the buckling process was interpreted for each mode (elephant foot and overall) into three sequential stages. Furthermore, the influence of FRP layers on the nonlinear analysis preferences and the results was presented.
Paper angle, environment friendly packaging material, has been mainly used as an edge protector, But, in the future, paper angle will be applied to package design of heavy product such as strength reinforcement or unit load system (ULS). Therefore. understanding of buckling behavior fur angle itself, compression strength and quality standard are required. The objectives of this study were to characterize the buckling behavior by theoretical and finite element analysis, and to develop compression strength model by compression test for symetric and asymetric paper angle. Based on the result of theoretical and finite element analysis, as applied load level was bigger and/or the length of angle was longer, incresing rate of buckling of asymmetric paper angle was higher than that of symmetric paper angle. Decreasing rate of minimum principal moment of inertia significantly increased as the extent of asymmetric angle increased, and buckling orientation of angle was open- direction near the small web. Incresing rate of maximum compression strength (MCS) for thickness of angle decreased as the web size increased in symmetric angle. MCS of asymmetric angle of 43${\times}$57 and 33${\times}$67 decreased $15{\~}18\%$ and $65{\~}78\%$, and change of buckling increased $12{\~}13\%$ and $62{\~}66\%$, respectively.
Paper angle, environment friendly packaging material, has been mainly used as an edge protector. But, we have perceived its application to package design of heavy product such as strength reinforcement or unit load system (ULS) in the future. Above all, understanding of buckling behavior for angle itself and compression strength and quality standard have to be accomplished for the paper angle to be used for this purpose. The purpose of this study was to elucidate the buckling behavior through theoretical and finite element analysis, and to develop compression strength model by compression test for symetric and asymetric paper angle. Based on the result of theoretical and finite element analysis, increasing rate of buckling of asymmetric paper angle was higher as applied load level was bigger and/or the length of angle was longer than that of symmetric paper angle. Decreasing rate of minimum principal moment of inertia was remarkably increased as the extent of asymmetric angle is bigger, and buckling orientation of angle was open direction near the small web. Increasing rate of maximum compression strength (MCS) for thickness of angle was smaller as the web size was bigger in symmetric angle. MCS of asymmetric angle of $43{\times}57$ and $33{\times}67$ was decreased $15{\sim}18%$ and $65{\sim}78%$, and change of buckling was increased $12{\sim}13%$ and $62{\sim}66%$, respectively.
본 연구에서는 비대칭 연결재를 갖는 조립식 압축부재의 연결재 종류에 따른 좌굴 거동을 알아보기 위한 실 대형 실험을 실시하였다. 압축부재인 H-300 형강 10 m 부재 3개를 볼트 연결하여 총 길이 30 m가 되도록 2 m 간격으로 2열 배치한 후 연결재 종류가 띠판, ㄷ형강, 복 ㄷ형강인 경우에 대하여 압축 실험을 실시하였다. 본 논문에서는 연결재 종류에 따른 실험 좌굴 하중을 평가하고 이를 유한요소해석 결과인 좌굴하중과 Timoshenko 식에 의한 좌굴하중과 비교 분석 하였으며, 연결재 종류에 따른 조립식 압축부재의 좌굴 거동으로 인한 종방향 변위, 횡방향 변위, 변형률 등을 분석하였다. 실험 결과 비대칭 연결재를 갖는 조립식 압축부재의 연결재가 띠판일 때 보다 복 ㄷ형강일 때의 좌굴 하중은 4.2%, ㄷ형강일 때는 36.6% 감소하는 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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