Badania doświadczalne stateczności mało wyniosłych, stalowych powłok sferycznych obciążonych ciśnieniem

• Autorzy: Kołodziej S. , Marcinowski J.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2017.129

Warianty tytułu

EN

Experimental investigations of buckling of steel, pressurised spherical shells

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Cienkie powłoki stalowe w postaci wycinka sfery obciążone ciśnieniem zewnętrznym wykazują tendencje do utraty stateczności w fazie poprzedzającej wyczerpanie nośności plastycznej. Zjawisko wyboczenia powłok sferycznych było przedmiotem badań wielu autorów, a wyniki dotychczasowych badań teoretycznych i doświadczalnych zostały wykorzystane w zaleceniach projektowych wydanych w 2008 roku przez ECCS [9]. W pracy przedstawiono badania eksperymentalne wykonane na specjalnie w tym celu zaprojektowanym stanowisku badawczym. Próbki do badań zostały wykonane techniką wyoblania z blach przeznaczonych do głębokiego tłoczenia. Zinwentaryzowano geometrię początkową każdej z powłok za pomocą skanowania 3D i wykonano badania materiałowe stali użytej do wykonania powłok. Ciśnienie wymuszano za pomocą kompresora powietrza, a pomiary przemieszczeń były wykonywane przy zastosowaniu optycznego systemu pomiarowego Pontos-Aramis. Rejestrowano formy deformacji całej powłoki w trakcie stopniowego wzrostu ciśnienia także po utracie stateczności. Wszystkie dane pomiarowe rejestrowano automatycznie za pomocą dwóch komputerów. Wynikiem każdego z eksperymentów była nieliniowa ścieżka równowagi w postaci zależności ciśnienia od wybranego parametru przemieszczeniowego. W artykule zaprezentowano porównanie otrzymanych wartości ciśnień krytycznych z wynikami symulacji numerycznych wykonanych systemem COSMOS/M dla geometrii nominalnej oraz porównanie z wartościami nośności wyboczeniowych wynikających z zapisów EDR5th ECCS [9] oraz z propozycji przedstawionej w pracy [3].

EN

Thin steel shells in a form of spherical segment loaded by external pressure show a tendency to sudden buckling for a lower pressure than their plastic resistance. The buckling phenomenon of spherical shells was subject of investigations of many authors and hitherto results of theoretical and experimental research were used in European Design Recommendations published in 2008 by ECCS [9]. Experimental investigations performed on the deliberately designed and fabricated stand were presented in this paper. Specimens were manufactured by a metal spinning technique from steel sheets used usually to a deep drawing and stamping of metal objects. The actual shape of every specimen was determined by 3D scanning technique. Material investigations of steel sheets were performed as well. The pressure was exerted by the air compressor and displacement measurements were accomplished by optical measurement system Pontos-Aramis. Forms of deformations of the whole specimen were registered precisely at every step of pressure exertion till the final postbuckling stage. All measured data were registered automatically by means of two computers. The result of every experiment was presented in the form of equilibrium path as the relationship of the pressure p as a function of the chosen displacement parameter. The comparison of critical pressures obtained in experiments with results received in preliminary numerical simulations done by COSMOS/M was presented in the paper. Experimental results were compared also with buckling resistances proposed in [9] and [3].

Słowa kluczowe

PL

eksperyment; wyboczenie; powłoka stalowa; wycinek; sfera; obciążenie; ciśnienie

EN

experiment; buckling; steel shell; spherical segment; external pressure

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2017
• Tom: z. 64, nr 3/I
• Strony: 361--370
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Kołodziej S.

• CadPro Biuro Projektów i Ekspertyz Budownictwa, ul. Zacisze 17, 65-775 Zielona Góra, tel. [phone]

autor

Marcinowski J.

• Instytut Budownictwa, Uniwersytet Zielonogórski, ul. Prof. Z. Szafrana 1, 65-516 Zielona Góra, tel. [phone]

Bibliografia

• [1] Adam H.P., King P.A.: Experimental Investigation of the Stability of Monocoque Domes Subjected to External Pressure. Experimental Mechanics, 5, 1965, pp. 313-320.
• [2] Blachut J.: Shallow spherical caps under external pressure. XXI International Congress of Theoretical and Applied Mechanics. Warsaw, Poland, August 15-21, 2004.
• [3] Błażejewski P., Marcinowski J.: Buckling capacity curves for pressurized spherical shells. In: Recent Progress in Steel and Composite Structures: proceedings of the XIII International Conference on Metal Structures - ICMS 2016. Zielona Góra, Poland, 2016. London: Taylor & Francis Group, 2016, s. 401-406.
• [4] Deml M., Wunderlich W.: Direct evaluation of the “worst” imperfection shape in shell buckling, Comp. Meth. Appl. Mech. Eng. 149, 1997, pp. 201-222.
• [5] Homewood R.H., Brine A.C., Johnson A.E.Jr.: Experimental Investigations for the Buckling Instability of Monocoque Shells. Proc. Soc. Experimental Stress Analysis 18, 1961, pp. 88-96.
• [6] Kaplan, A. & Fung, Y. C.: A nonlinear theory of bending and buckling of thin elastic shallow spherical shells. U. S. N. A. C. A. Technical Note 3112, 1954.
• [7] Krenzke M.A., Kiernan T.J.: Elastic Stability of Near-Perfect Shallow Spherical Shells. AIAA Journ. 1, 1963, pp. 2855-2857.
• [8] Krenzke M.A., Kiernan T.J.: Tests of Stiffened and Unstiffened Machined Spherical Shells Under External Hydrostatic Pressure. Structural Mechanics Laboratory Research and Development Report, August 1963, Report 1741.
• [9] Rotter J. M., Schmidt H.: Buckling of Steel Shells. European Design Recommendations 5th Edition. Published by ECCS, 2008.
• [10] Seaman L.: The Nature of Buckling in Thin Spherical Shells. Watertown Arsenal Laboratories, Monograph Series No 46, 1962.

Uwagi

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