A Steel Plate Shear Wall (SPSW) is a lateral load resisting system consisting of an infill plate located within a frame. When buckling occurs in the infill plate of a SPSW, a diagonal tension field is formed through the plate. The study of the tension field behavior regarding the distribution and orientation patterns of principal stresses can be useful, for instance to modify the basic strip model to predict the behavior of SPSW more accurately. This paper investigates the influence of torsional and out-of-plane flexural rigidities of boundary members (i.e. beams and columns) on the buckling coefficient as well as on the distribution and orientation patterns of principal stresses associated with the buckling modes. The linear buckling equations in the sense of von-Karman have been solved in conjunction with various boundary conditions, by using the Ritz method. Also, in this research the effects of symmetric and anti-symmetric buckling modes and complete anchoring of the tension field due to lacking of in-plane bending of the beams as well as the aspect ratio of plate on the behavior of tension field and buckling coefficient have been studied.
Offshore pipelines have to withstand combined actions of tension and bending during deepwater installation, which can possibly lead to elliptical buckle and even catastrophic failure of whole pipeline. A 2D theoretical model initially proposed by Kyriakides and his co-workers which carried out buckling response analysis of elastic-plastic tubes under various load combinations, is further applied to investigate buckling behavior of offshore pipelines under combined tension and bending. In association with practical pipe-laying circumstances, two different types of loadings, i.e., bent over a rigid surface in the presence of tension, and bent freely in the presence of tension, are taken into account in present study. In order to verify the accuracy of the theoretical model, numerical simulations are implemented using a 3D finite element model within the framework of ABAQUS. Excellent agreement between the results validates the effectiveness of this theoretical method. Then, this theoretical model is used to study the effects of some important factors such as load type, loading path, geometric parameters and material properties etc. on buckling behavior of the pipes. Based upon parametric studies, a few significant conclusions are drawn, which offer a theoretical reference for design and installation monitoring of deepwater pipelines.
Memarzadeh, Parham;Mousavian, Sayedmohammad;Ghehi, Mohammad Hosseini;Zirakian, Tadeh
Steel and Composite Structures
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제35권2호
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pp.215-235
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2020
Cracks and defects may occur anywhere in a plate under tension. Cracks can affect the buckling stability performance and even the failure mode of the plate. A search of the literature reveals that the reported research has mostly focused on the study of plates with central and small cracks. Considering the effectiveness of cracks on the buckling behavior of plates, this study intends to investigate the effects of some key parameters, i.e., crack size and location as well as the plate aspect ratio and support conditions, on the buckling behavior, stress intensity factor (SIF), and the failure mode (buckling or fracture) in cracked plates under tension. To this end, a sophisticated mathematical code was developed using MATLAB in the frame-work of extended finite element method (XFEM) in order to analyze the buckling stability and collapse of numerous plate models. The results and findings of this research endeavor show that, in addition to the plate aspect ratio and support conditions, careful consideration of the crack location and size can be quite effective in buckling behavior assessment and failure mode prediction as well as SIF evaluation of the cracked plates subjected to tensile loading.
In this paper, the tension-compression fatigue test method and the fatigue life characteristics of carbon fabric/epoxy laminate coupon are presented. To avoid the buckling during the compression, a proper design for the test coupons is essential. The critical buckling loads for the coupons are calculated by assuming the coupons as columns under two types of fixed conditions. The first is that both ends of each coupon are perfectly clamped, the second is that both ends of each coupon are simply supported. The strain-load curves are obtained by compressing the representative coupons, on each surface of which a strain gage is attached. The buckling loads obtained from the tests are all between the two calculated critical buckling loads. All the coupons are broken by the compression during the fatigue tests. It is estimated to be the reason that the fatigue load causes delamination before the eventual failure of each coupon, and sequentially the micro-buckling in the delaminated region drives each coupon into fatigue failure during the compression. The S-N curve, the fatigue life characteristics of carbon fabric/epoxy is obtained.
In this study, the influence of centrally placed circular and square cutouts on vibration and buckling characteristics of different ply-oriented laminated panels under the action of compressive and/or tensile types of non-uniform in-plane edge loads are investigated. The panels are inspected under the action of uniaxial compression, uniaxial tension and biaxial, compression-tension, loading configurations. Furthermore, the effects of different degrees of edge restraints and panel aspect ratios are also addressed in this work. Towards this, a nine-node heterosis plate element has been adopted which includes the effect of shear deformation and rotary inertia. According to the results, the tensile buckling loads are higher than that of compressive buckling loads. However, the tensile buckling load continuously reduces with the increased cutout sizes irrespective of ply-orientations. This is also true for compressive buckling loads except for some particular ply-orientations with higher sized cutouts.
본 연구에서는 2축 방향의 압축/인장 하중을 받는 단순지지된 평판에 대하여 소성 압축성을 고려한 소성좌굴해석을 수행하였다. 2축하중을 받는 직사각형 평판의 소성 좌굴은 두개의 기계역학적 개념에 의해 지배를 받는데, 인장 강화와 소성 열화가 그것으로 인장과 압축이 적절히 결합함으로써 좌굴강도를 결정할 수 있게 된다. 소성 압축성을 고려하기 위해, Drucker-Prayer의 소성 포텐셜이론을 택하였다. 소성 변형률이 작을 때와 재질의 등방성 경화만을 가정하면 직사각형 평판에 관한 일반적인 고유방정식을 유도할 수 있게 된다.
The tension and compression buckling behaviour of a square plate with localized zones of damage and subjected to non-uniform loading is studied using a finite element analysis. The influence of parameters such as position of damage, extent of damage, size of damage and position of load on instability behaviour are discussed. The dynamic behaviour for certain load and damage parameters are also presented. It is observed that the presence of damage has a marked effect on the static buckling load and natural frequency of the plate.
Analytical (Rayleigh-Ritz method) and numerical studies are carried out and buckling interaction curves are developed for simply supported plates of varying aspect ratios ranging from 1 to 5, under the combined action of in-plane shear and tension. A multi-step buckling procedure is employed in the Finite Element (FE) model instead of a regular single step analysis in view of obtaining the buckling load under the combined forces. Both the analytical (classical) and FE studies confirm the delayed shear buckling characteristics of thin plate under the combined action of shear and tension. The interaction curves are found to be linear and are found to vary with plate aspect ratio. The interaction curve developed using Rayleigh-Ritz method is found to deviate in an increasing trend from that of validated FE model as plate aspect ratio is increased beyond value of 1. It is found that the observed deviation is due to the insufficient number of terms that is been considered in the assumed deflection function of Rayleigh-Ritz method and a convergence study is suggested as a solution.
Steel catenary riser (SCR) is a popular/economical solution for the oil/gas production in deep and ultra-deep water. The behavioral characteristics of SCR have a high correlation with the motion of floating production facility at its survival and operational environments. When large motions of surface floaters occur, such as FPSO in 100-yr storm case, they can cause unacceptable negative tension on SCR near TDZ (touch down zone) and the corresponding elastic deflection can be large due to local dynamic buckling. The generation, propagation, and decay of the elastic wave are also affected by SCR and seabed soil interaction effects. The temporary local dynamic buckling vanishes with the recovery of tension on SCR with the upheaval motion of surface floater. Unlike larger-scale, an-order-of-magnitude longer period global buckling driven by heat and pressure variations in subsea pipelines, the sub-critical local dynamic buckling of SCR is motion-driven and short cycled, which, however, can lead to permanent structural damage when the resulting stress is greatly amplified beyond the elastic limit. The phenomenon is extensively investigated in this paper by using the vessel-mooring-riser coupled dynamic analysis program. It is found that the moment of large downward heave motion at the farthest-horizontal-offset position is the most dangerous for the local dynamic buckling.
For thin panel welded structure, the various welding distortions were found due to the low resistance against welding deformation. Especially, buckling distortion induced in the thin panel welded structure produce severe problems related to cost in production stage and safety in service life. So, many researches including mechanical and thermal tensioning method for preventing the occurrence of buckling distortion in the production stage have been performed. The purpose of this study is to identify the behavior of longitudinal residual stress at the SA butt weldment with thin plate of 6mm thickness under tension load by 3 dimensional FEA. For it, mesh design for 3D FEA was constructed with 20 nodes brick element for butt weldment and 8 nodes shell element for base metal. According to FEA results, the longitudinal compressive strain inducing tensile residual stress at the butt weldment decreased. It was because the compressive thermal strain in way of weldment was reduced by tension load. The control effect of residual stress increased with an increase in tension load. So, if the amount of tension load applied to the weldment exceeds 1.5 times of longitudinal shrinkage force, the amount of longitudinal residual stress decreased below the critical value inducing the buckling distortion at the SA butt weldment. Its validity was verified by experiment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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