Stability analysis of steel compression members under shock loads

• Autorzy: Brzuzy A. , Bąk G.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0011.8051

Warianty tytułu

PL

Analiza stateczności prętów stalowych poddanych działaniu obciążenia uderzeniowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the results of a numerical analysis of the elastic-plastic behaviour of steel compression members subjected to compression with a permanent pre-deformation in the longitudinal axis by a longitudinal indispensable shock load. A differential load intensity was considered up to the loss of stability. A finite difference method was applied, with an explicit integration schema for the time of the dynamic stability equations. It was assumed that the precursor to the unstable behaviour of a steel compression member was a continuous deformation of the rod axis, which was defined according to current industry-standard design procedures. Cases of flexible and stiff rods, varying in slenderness, were considered. It was demonstrated that a significant load on the performance of the steel compression members and their buckling mechanisms is attributable to longitudinal wave effects. These longitudinal wave effects cause high-frequency changes in the axial forces with a significant stress concentration due to the effect of reflection from a pinned support. This is critical for the dissipation of internal energy by plastic deformation. The applied research method facilitated an estimation of the dynamic critical forces and their relationships with static values.

PL

W artykule przedstawiono wyniki analizy numerycznej reakcji sprężysto-plastycznej prętów ściskanych ze wstępną deformacją trwałą ich osi podłużnych pod działaniem wzdłużnego, nieusuwalnego obciążenia uderzeniowego. Rozpatrzono zróżnicowaną intensywność obciążenia do wywołania utraty stateczności włącznie. Wykorzystano metodę różnic skończonych z jawnym schematem całkowania względem czasu równań dynamicznej równowagi. Przyjęto, że czynnikiem niestabilne zachowanie pręta jest ciągła deformacja osi pręta ujmowana zgodnie z aktualnymi procedurami projektowymi. Analizie poddano pręty o zróżnicowanej smukłości, kwalifikowanych, jako wiotkie i krępe. Wykazano, że bardzo duży wpływ na wytężenie prętów i mechanizmy wyboczenia mają efekty falowe wzdłużne. Powodują one szybkozmienne zmiany wartości sił poosiowych oraz istotną koncentrację naprężeń na skutek zjawisk odbicia od nieprzesuwnej podpory. Decyduje to o dyssypacji energii wewnętrznej na odkształceniach plastycznych. Zastosowana metoda rozwiązania umożliwiła oszacowanie wartości dynamicznych sił krytycznych i ich relacji do wartości statycznych.

Słowa kluczowe

EN

steel rods with pre-deformation of axis; elastic-plastic behaviour; dynamic stability of rods; differential approximation; effects of axial wave response

PL

pręty ze wstępną deformacją osi; reakcja sprężysto-plastyczna; stateczność dynamiczna pręta; aproksymacja różnicowa; efekt falowości poosiowej

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 67, nr 1
• Strony: 107--125
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Brzuzy A.

• Military University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Geodesy, 2 Gen. W. Urbanowicza Str., 00-908 Warsaw, Poland

autor

Bąk G.

• Military University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Geodesy, 2 Gen. W. Urbanowicza Str., 00-908 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Timoshenko S.P., Gere J.M., Teoria stateczności sprężystej, Arkady, Warszawa, 1963.
• [2] Gryboś R., Stateczność konstrukcji pod obciążeniem uderzeniowym, PWN, Warszawa, 1980.
• [3] Kaliski S. i in., Drgania i fale w ciałach stałych, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, 1966.
• [4] Szcześniak Z., Interaction of longitudinal and transverse vibrations of elastic-plastic bars subjected to eccentric compression, J. Tech. Phys., 31, 2, 1990, 181-201.
• [5] PN-EN1993-1-1, Projektowanie konstrukcji stalowych, Część 1-1. Reguły ogólne i reguły dla budynków.
• [6] Biegus A., Nośność graniczna stalowych konstrukcji prętowych, PWN, Warszawa, 1997.
• [7] Bąk G., Szcześniak Z., Metoda modelowania dyskretnego procesów falowych w sprężystych warstwowych prętach niepryzmatycznych, Rozprawy Inżynierskie, 35, 2, IFTR PAS, Warszawa, 1987, 309-325.
• [8] Bąk G., Szcześniak Z., Bezbłędna aproksymacja różnicowa jednowymiarowego problemu falowego w prętach warstwowych, Biuletyn WAT, nr 12 (412), 1986, 63-74.
• [9] Wojewódzki W., Nośność graniczna konstrukcji prętowych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2012.
• [10] Brzuzy A., Przystosowanie dźwigara kratowego pod działaniem obciążenia impulsowego, WAT, Warszawa, 2016, rozprawa doktorska.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).