مطالعه تجربی و عددی کمانش پوسته های استوانه ای فولادی با گشودگی های مختلف

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی / دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

2 عضو هیات علمی / گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شاهرود

چکیده

در این مقاله مسئله پایداری پوسته‌های استوانه‌ای نازک فولادی با طول‌های مختلف و دارای گشودگی‌های یک طرفه و دوطرفه با اشکال هندسی متنوع (مربع، مستطیل، دایره، بیضی) تحت بار فشاری محوری و با استفاده از روش اجزای محدود و آزمایشات تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است. آزمایش کمانش توسط یک دستگاه سرو هیدرولیک اینسترون 8802 (INSTRON 8802) انجام شده و نتایج به دست آمده از تست‌های تجربی با نتایج عددی مقایسه شده‌اند. مطابقت بسیار خوبی بین نتایج بدست آمده از شبیه سازی‌های عددی و آزمایشات تجربی مشاهده می‌شود. نتایج نشان می‌دهند که میزان گسترش گشودگی‌های مختلف با مساحت یکسان در جهت محیطی استوانه‌ها و تمرکز تنش، عوامل موثر در ایجاد تفاوت در مقاومت کمانش این نوع پوسته‌ها هستند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical and experimental investigations on buckling of steel cylindrical shells with various cutouts

نویسندگان [English]

  • Mahmood Shareati 1
  • masoud mahdizadeh Rakhi 2
چکیده [English]

In this paper stability of thin steel cylindrical shells of various lengths including unilateral and bilateral cutouts with various shapes (square, rectangular, circular and elliptical shapes) subjected to axial compression were systematically studied with both experimental and finite element methods. Buckling tests were performed using an INSTRON 8802 servo hydraulic machine and the results of experimental tests were compared to numerical results. A very good correlation was observed between numerical simulations and experimental results. Results show that circumferential extension of various cutouts with identical area and stress concentration are effective parameters on buckling load of these structures.  

کلیدواژه‌ها [English]

  • Buckling
  • Cylindrical Shells
  • Cutout
  • FEM
  • experimental method

[1] Jullien, J. F., and Limam, A., “Effect of openings on the buckling of cylindrical shells subjected to axial compression”. Thin-Walled Structures, Vol. 31, 1998, pp. 187–202.

[2] Yeh, M. K., Lin, M. C., and Wu, W. T., “Bending buckling of an elastoplastic cylindrical shell with a cutout”. Eng. Structures, Vol. 21, 1999, pp. 996–1005.

[3] Hilburger, M. W., Vicki O. B., and Michael, P. N., “Buckling behavior of compression-loaded quasi-isotropic curved panels with a circular cutout”. Int. J. Solids Structures, Vol. 38, 2001, pp. 1495–522.

[4] Tafreshi, A., “Buckling and postbuckling analysis of composite cylindrical shells with cutout subjected to internal pressure and axial compression load”. Int. J. Pressure Vessel Piping, Vol. 79, 2002, pp. 351–9.

[5] رحیمی، غلامحسین، نوبهاری، غلامرضا، "مطالعه پارامتریک کمانش الاستیک پوسته­های استوانه­ای با انواع گشودگی تحت بار محوری". نشریه پژوهشی مهندسی مکانیک ایران، انجمن مهندسان مکانیک ایران، سال چهارم، شماره یکم، تیرماه 1381.

[6] رحیمی، غلامحسین، پورسعیدی، اسماعیل، "مطالعه پارامتری استحکام پلاستیک پوسته­های استوانه­ای با گشودگی تحت بار محوری و ممان خمشی". نشریه پژوهشی مهندسی مکانیک ایران، انجمن مهندسان مکانیک ایران، سال ششم، شماره اول، آبان 1383.

[7] Poursaeidi, E., Rahimi, G. H., Vafai, A. H., “Plastic buckling of cylindrical shells with cutouts”. Asian Journal of civil engineering (Building and housing), Vol. 5, NOS 3-4, 2004, pp. 191-207.

[8] Vartdal, B. J., Al-Hassani, S. T. S., Burley, S. J., “A tube with a rectangular cutout. Part 2: subject to axial compression”. Proc IMechE, Vol. 220, Part C, J. Mechanical Engineering Science, 2005.

[9] Han, H., Cheng, J., Taheri, F., and Pegg, N., “Numerical and experimental investigations of the response of aluminum cylinders with a cutout subject to axial compression”. Thin-Walled Structures, Vol. 44, 2006, pp. 254-270.

[10] Shariati, M., and Mahdizadeh Rokhi, M., “Numerical and Experimental Investigations on Buckling of Steel Cylindrical Shells with Elliptical Cutout Subject to Axial Compression”. Thin-Walled Structures, Vol. 46, 2008, pp. 1251– 1261.

[11] شریعتی، محمود، مهدی زاده رخی، مسعود، "کمانش پوسته­های استوانه­ای با گشودگی شبه بیضوی تحت فشار محوری". نشریه دانشکده فنی دانشگاه تهران، دوره 43، شماره 1، اردیبهشت 1388.

[12] Shariati, M., and Mahdizadeh Rokhi, M., “Investigation of buckling of Steel cylindrical shells with elliptical cutout under bending moment”. International Review of Mechanical Engineering, Vol. 3, N. 1, 2009, pp. 7-15.

[13] Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products, ASTM A370–05.

[14] ABAQUS 6.4-PR11 user’s manual.