Conical shell is a common engineering structure, which is widely used in machinery, civil and construction fields. Most of them are usually exposed to external environments, temperature is an important factor affecting its performance. If the external temperature is too high, the deformation of the conical shell will occur, leading to a decrease in stability. Therefore, studying the thermal-post buckling behavior of conical shells is of great significance. This article takes graphene platelets reinforced metal foams (GPLRMF) conical shells as the research object, and uses high-order shear deformation theory (HSDT) to study the thermal post-buckling behaviors. Based on general variational principle, the governing equation of a GPLRMF conical shell is deduced, and discretized and solved by Galerkin method to obtain the critical buckling temperature and thermal post-buckling response of conical shells under various influencing factors. Finally, the effects of cone angles, GPLs distribution types, GPLs mass fraction, porosity distribution types and porosity coefficient on the thermal post-buckling behaviors of conical shells are analyzed in detail. The results show that the cone angle has a significant impact on the nonlinear thermal stability of the conical shells.
Nie Biao;Xu Shanhua;Hu WeiCheng;Chen HuaPeng;Li AnBang;Zhang ZongXing
Steel and Composite Structures
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v.48
no.1
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pp.27-41
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2023
Under the long-term effect of corrosive environment, many cold-formed steel (CFS) structures have serious corrosion problems. Corrosion leads to the change of surface morphology and the loss of section thickness, which results in the change of instability mode and failure mechanism of CFS structure. This paper mainly investigates the elastic local buckling behavior of corroded CFS columns. The surface morphology scanning test was carried out for eight CFS columns accelerated corrosion by the outdoor periodic spray test. The thin shell finite element (FE) eigen-buckling analysis was also carried out to reveal the influence of corrosion surface characteristics, corrosion depth, corrosion location and corrosion area on the elastic local buckling behaviour of the plates with four simply supported edges. The accuracy of the proposed formulas for calculating the elastic local buckling stress of the corroded plates and columns was assessed through extensive parameter studies. The results indicated that for the plates considering corrosion surface characteristics, the maximum deformation area of local buckling was located at the plates with the minimum average section area. For the plates with localized corrosion, the main buckling shape of the plates changed from one half-wave to two half-wave with the increase in corrosion area length. The elastic local buckling stress decreased gradually with the increase in corrosion area width and length. In addition, the elastic local buckling stress decreased slowly when corrosion area thickness was relatively large, and then tends to accelerate with the reduction in corrosion area thickness. The distance from the corrosion area to the transverse and longitudinal centerline of the plate had little effect on the elastic local buckling stress. Finally, the calculation formula of the elastic local buckling stress of the corroded plates and CFS columns was proposed.
This paper presents experimental and analytical results of fiber reinforced polymer (FRP) confined steel tubular columns under transverse impact loads. Influences of applied impact energy, thickness of FRP jacket and impact position were discussed in detail, and then the impact responses of FRP confined steel tubes were compared with bare steel tubes. The test results revealed that the FRP jacket contributes to prevent outward buckling deformation of steel at the clamped end and inward buckling of steel at the impact position. For the given applied impact energy, specimens wrapped with one layer and three layers of FRP have the lower peak impact loads than those of the bare steel tubes, whereas specimens wrapped with five layers of FRP exhibit the higher peak impact loads. All the FRP confined steel tubular specimens displayed a longer duration time than the bare steel tubes under the same magnitude of impact energy, and the specimen wrapped with one layer of FRP had the longest duration time. In addition, increasing the applied impact energy leads to the increase of peak impact load and duration time, whereas increasing the distance of impact position from the clamped end results in the decrease of peak impact load and the increase of duration time. The dynamic analysis software Abaqus Explicit was used to simulate the mechanical behavior of FRP confined steel tubular columns, and the numerical results agreed well with the test data. Analytical solution for lateral displacement of an equivalent cantilever beam model subjected to impact load was derived out. Comparison of analytical and experimental results shows that the maximum displacement can be precisely predicted by the present theoretical model.
The crash energy absorbers used in the trains normally are classified into two types. The first is the structure type, which mainly used in not only the primary structure of train but also the crash energy absorbers at the critical accidents. The second is the module type, which just absorbs the crash energy independently and attached onto the structures of the trains. The expansion tube is widely used as the module type of the crash energy absorbers, especially in the trains that have a heavy mass. Since the crash energy is absorbed by means of expanding the tube in the radial direction, the features of the expansion tube have the uniform load during the compression. As the uniform load remains in sudden impact, the expansion tube is effective to decrease acceleration of passengers when the train accident occur. The buckling instability of the expansion tubes is affected by the boundary conditions, thickness and length of tube. In this study, the effects of the length and thickness of the expansion tubes under the arbitrary load on the buckling are studied using the ABAQUS/standard and ABAQUS/explicit, a commercial finite element analysis program, and then presents the guideline to design the expansion tubes. The analysis processes to compute the buckling load consist of the linear buckling analysis and the nonlinear post-buckling analysis. To analysis the nonlinear post-buckling analysis, the geometry imperfections are introduced by applying the linear buckling modes to nonlinear post-buckling analysis.
Muhammad Taj;Muzamal Hussain;Mohamed A. Khadimallah;Muhammad Safeer;S.R. Mahmoud;Zafer Iqbal;Mohamed R. Ali;Aqib Majeed;Abdelouahed Tounsi;Manzoor Ahmad
Advances in concrete construction
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v.15
no.3
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pp.171-178
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2023
Cytoskeleton components play key role in maintaining cell structure and in giving shape to the cell. These components include microtubules, microfilaments and intermediate filaments. Among these filaments intermediate filaments are the most rigid and bear large compressive force. Actually, these filaments are surrounded by other filaments like microtubules and microfilaments. This network of filaments makes a layer as a surface on intermediate filaments that have great impact on buckling behavior of intermediate filaments. In the present article, buckling behavior of intermediate filaments is studied by taking into account the effects of surface by using Euler Bernoulli and Timoshenko beam theories. It is found that effects of surface greatly affect the critical buckling force of intermediate filaments. Further, it is observed that the critical buckling force is inversely proportional to the length of filament. Such types of observations are helpful for further analysis of nanofibrous in their actual environments within the cell.
In this study, a simple two-dimensional shear deformation model is employed for buckling analysis of functionally graded (FG) plates. The proposed theory has a kinematic with integral terms which considers the influence of shear deformation without using "shear correction factors". The impact of varying material properties and volume fraction of the constituent on buckling response of the FG plate is examined and discussed. The benefit of this theory over other contributions is that a number of variables is reduced. The basic equations that consider the influence of transverse shear stresses are derived from the principle of virtual displacements. The analytical solutions are obtained utilizing the "Navier method". The accuracy of the proposed theory is proved by comparisons with the different solutions found in the literature.
This paper studies the buckling response of nonuniform functionally graded micro-sized tubes according to the high-order tube theory (HOTT) and classical beam theory (CBT) in addition to nonlocal strain gradient theory. The microtube is made of axially functionally graded material (AFGM). Both inner and outer tube radiuses are changed along the tube length; the microtube is the truncated conical type of tube. The nonlinear partial differential (PD) the formulations are obtained on the basis of the energy conservation method. Then, the linear and nonlinear results are computed via a powerful numerical approach. Finally, the impact of various parameters on the stability of axially functionally graded (AFG) microtube regarding the buckling analysis is discussed.
Lazreg Hadji;Royal Madan;Hassen Ait Atmane;Fabrice Bernard;Nafissa Zouatnia;Abdelkader Safa
Structural Engineering and Mechanics
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v.91
no.6
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pp.539-549
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2024
In this paper, thermal buckling analysis was conducted using trigonometric shear deformation theory, which employs only four unknowns instead of five. This present theory is variationally consistent, and accounts for a trigonometric variation of the transverse shear strains across the thickness and satisfies the zero traction boundary conditions on the top and bottom surfaces of the plate without using shear correction factors. The grading is provided along the thickness of the plate as per power law volume fraction variation of metal-matrix ceramic reinforced composite. The non-linear governing equation problem was solved for simply supported boundary conditions. Three types of thermal loads are assumed in this work: uniform, linear and non-linear distribution through-the-thickness. It is well known that material properties change with temperature variations and so the analysis was performed for both the cases: temperature-dependent (TD) and temperature-independent (TID) material properties. The impact on thermal buckling for both linear and non-linear temperature variation was considered. The results were validated for the TID case with other theories and were found to be in good agreement. Furthermore, a comprehensive analysis was performed to study the impact of grading indices and geometrical parameters, such as aspect ratio (a/b) and side-to-thickness ratio (a/h), on the thermal buckling of the FG plate.
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.
In this editorial, buckling analytical investigation of the nanocomposite plate with square cut out reinforced by carbon nanotubes (CNTs) surrounded by Pasternak foundation is considered. The plate is presumed has square cut out in center and resting on Pasternak foundation. CNTs are used as amplifier in plate for diverse distribution, such as uniform distribution (UD) and three patterns of functionally graded (FG) distribution types of CNTs (FG-X, FG-A and FG-O). Moreover, the effective mechanical properties of nanocomposite plate are calculated from the rule of mixture. Domain decomposition method and orthogonal polynomials are applied in order to define the shape function of nanocomposite plate with square cut out. Finally, Rayleigh-Ritz energy method is used to obtain critical buckling load of system. A detailed parametric study is conducted to explicit the effects of the dimensions of plate, length of square cut out, different distribution of CNTs, elastic medium and volume fraction of CNTs. It is found from results that increase the dimensions of plate and length of square cut out have negative impact on buckling behavior of system but considering CNTs in plate has positive influence.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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