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.
Taj, Muhammad;Hussain, Muzamal;Afsar, Muhammad A.;Safeer, Muhammad;Ahmad, Manzoor;Naeem, Muhammad N.;Badshah, Noor;Khan, Arshad;Tounsi, Abdelouahed
Advances in concrete construction
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v.9
no.5
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pp.491-501
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2020
Microtubules buckle under bending and torsion and this property has been studied for free microtubules before using orthotropic elastic shell model. But as microtubules are embedded in other elastic filaments and it is experimentally showed that these elastic filaments affect the critical buckling moment and critical buckling torque of the microtubules. To prove that, we developed orthotropic Winkler like model and demonstrated that the critical buckling moment and critical buckling torque of the microtubules are orders of higher magnitude than those found for free microtubules. Our results show that Critical buckling moment is about 6.04 nNnm for which the corresponding curvature is about θ = 1.33 rad /㎛ for embedded MTs, and critical buckling torque is 0.9 nNnm for the angle of 1.33 rad/㎛. Our results well proved the experimental findings.
This study presents critical buckling load optimization of the axially graded layered uniform columns. In the first place, characteristic equations for the critical buckling loads for all boundary conditions are obtained using the transfer matrix method. Then, for each case, square of this equation is taken as a fitness function together with constraints. Due to explicitly unavailable objective function for the critical buckling loads as a function of segment length and volume fraction of the materials, especially for the column structures with higher segment numbers, initially, prescribed value is assumed for it and then the design variables satisfying constraints are searched using Differential Evolution (DE) optimization method coupled with eigen-value routine. For constraint handling, Exterior Penalty Function formulation is adapted to the optimization cycle. Different boundary conditions are considered. The results reveal that maximum increments in the critical buckling loads are attained about 20% for cantilevered and pinned-pinned end conditions and 18% for clamped-clamped case. Finally, the strongest column structure configurations will be determined. The scientific and statistical results confirmed efficiency, reliability and robustness of the Differential Evolution optimization method and it can be used in the similar problems which especially include transcendental functions.
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.
This paper presents critical buckling loads of laminated composites under cylindrical bending. In-plane displacements are assumed to vary exponentially through plate thickness. The accuracy of this theory is examined for symmetric/antisymmetric cross-ply, angle-ply and unsymmetric laminates under cylindrical bending. Analytical solutions are provided to investigate the effect of transverse shear deformation on critical buckling loads of the laminated plates, and the results are compared with those obtained from the first-order shear deformation plate theory and the classical laminated plate theory.
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.
Intermediate filaments are the mechanical ropes for both cytoskeleton and nucleoskeleton of the cell which provide tensile force to these skeletons. In providing the mechanical support to the cell, they are likely to buckle. We used conventional Euler buckling model to find the critical buckling force under different boundary conditions which they assume during different functions. However, there are many experimental and theoretical studies about other cytoskeleton components which demonstrate that due to mechanical coupling with the surrounding surface, the critical buckling force increases considerably. Motivated with these results, we also investigated the influence of surface effects on the critical buckling force of intermediate filaments. The surface effects become profound because of increasing ratio of surface area of intermediate filaments to bulk at nano-scale. The model has been solved analytically to obtain relations for the critical forces for the buckling of intermediate filaments without and with surface effects. We found that critical buckling force with surface effects increases to a large extent due to mechanical coupling of intermediate filaments with the surrounding surface. Our study may be useful to develop a unified experimental protocol to characterize the physical properties of Intermediate filaments and may be helpful in understanding many biological phenomenon involving intermediate filaments.
A dynamic elastic local buckling analysis is presented for a pile subjected to an axial impact load. The pile is assumed to be geometrically perfect. The interactions between the pile and the surrounding soil are taken into account. The interactions include the normal pressure and skin friction on the surface of the pile due to the resistance of the soil. The analysis also includes the influence of the propagation of stress waves through the length of the pile to the distance at which buckling is initiated and the mass of the pile. A perturbation technique is used to determine the critical buckling length and the associated critical time. As a special case, the explicit expression for the buckling length of a pile is obtained without considering soil resistance and compared with the one obtained for a column by means of an alternative method. Numerical results obtained show good agreement with the experimental results. The effects of the normal pressure and the skin friction due to the surrounding soil, self-weight, stiffness and geometric dimension of the cross section on the critical buckling length are discussed. The sudden change of buckling modes is further considered to show the 'snap-through' phenomenon occurring as a result of stress wave propagation.
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.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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