Stabilization of post-buckling path by axial loading controlled by displecments for cylindrical shells under torsion

• Autorzy: Trybuła D.

Warianty tytułu

PL

Stabilizacja pokrytycznej ścieżki równowagi obciążeniem osiowym sterowanym przemieszczeniowo dla powłok walcowych obciążonych momentem skręcającym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A post-buckling path for a cylindrical shell under torsional moment is unstable one. It means that the loss of stability of a shell can be associated with a snap-through, which can lead to very large displacements and, finally, to destruction of the structure.The effect of modification of the post-buckling behavior in most cases has been obtained by changing of geometry of a structure. In this paper an alternative concept is applied, namely stabilization of the post-buckling path is obtained by application of an additional loading acting to the structure without changing its geometry. This additional loading is applied to a structure by imposing a certain axial displacement to the ends of the shell. It causes an axial tensional force, which can stabilize the post-buckling path. The problem was formulated as a problem of optimization, namely the minimum value of the axial load - the initial pretension u, which leads, together with the passive force, to stabilization of the post-buckling path is looked for. Calculations were performed using ANSYS code.

PL

Powłoka walcowa obciążona momentem skręcającym posiada niestateczną ścieżką równowagi. Oznacza to, że utrata stateczności powłoki następuje przez przeskok, co prowadzić może do bardzo dużych przemieszczeń i w konsekwencji do zniszczenia konstrukcji. W większości wypadków pokrytyczną ścieżką równowagi stabilizuje się przez zmianę geometrii powłoki. W obecnej pracy zaproponowano alternatywną koncepcję, mianowicie stabilizację ścieżki pokrytycznej uzyskuje się przez zastosowanie dodatkowego obciążenia konstrukcji bez zmiany geometrii konstrukcji To dodatkowe obciążenie realizowane jest poprzez zadanie końcom konstrukcji pewnej wartości osiowego przemieszczenia. Zadane przemieszczenie wywołuje w powłoce rozciągającą siłę osiową stabilizując pokrytyczną ścieżkę równowagi. Zadanie zostało sformułowane jako problem optymalizacji, w którym poszukiwano minimalnej wartości zadanego osiowego przemieszczenia końców powłoki stabilizującego ścieżką równowagi. Obliczenia przeprowadzono przy wykorzystaniu systemu ANSYS.

Słowa kluczowe

EN

cylindrical shell; optimization; post-buckling path; torsion

PL

moment skręcający; optymalizacja; powłoka walcowa; ścieżka pokrytyczna

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Mechanika
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 107, z. 2-M
• Strony: 263--270
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz.,Wz., wykr., rys.,

Twórcy

autor

Trybuła D.

• Institute of Applied Mechanics, Faculty of Mechanical Engineering, Cracow University of Technology

Bibliografia

• [1] Chryssanthopoulos M.K., Paggi C., Spagnoli A., Buckling design of conical shells based on validated numerical models, Thin-Walled Structures, vol. 31, 1998, 257–270.
• [2] Volmir A.S., Ustojchivost’deformiruemych system, Nauka, Moskva 1967.
• [3] Bochenek B., Problematyka optymalnego kształtowania elementów konstrukcyjnych z uwagi na zachowanie pokrytyczne, Zeszyty Naukowe Podstawowe Nauki Techniczne No. 22, Politechnika Krakowska, Kraków 2001.
• [4] Bochenek B., Optimization of geometrically nonlinear structures with respect to buckling and post-buckling constraints, Engineering Optimization, vol. 29, 1997, 401–415.
• [5] Cardoso J.B., Sausa L.G., Castro J.A. and Valido A.J., Optimal design of nonlinear structures and mechanical systems, Engineering Optimzation, vol. 29, 1997, 277–329.
• [6] Jasion P., Stability analysis of shells of revolution under pressure conditions. Thin Walled Structures, 47, 2009, 311–317.
• [7] Mróz Z., Piekarski J., Sensitivity analysis and optimal design of non-linear structures, Int. J. Numer. Engng., vol. 42, 1998, 1231–1262.
• [8] Pietrzak J., An alternative approach to optimization of structures prone to instability, Structural Optimization, vol. 11, 1996, 88–94.
• [9] Suasa L.G., Valido A.J., Cardoso J.B., Optimal design of elastic-plastic structures with post-critical behaviour, Structural Optimization, vol. 17, 1999, 147–154.
• [10] Bochenek B., Krużelecki J., A new concept of optimization for post-buckling behaviour, Engineering Optimzation, vol. 33, 2001, 503–522.
• [11] Król M., Krużelecki J., Optimization of post-buckling path for cylindrical shells under external pressure, Proc. III European Conference on Computational Mechanics; Solids, Structures and Coupled Problems in Engineering, (Eds. C.A. Mota Soares, J.A.C. Martin, H.C. Rodrigues, J.A.C. Ambrosio), Springer, (CD-ROM only), 2006.
• [12] Król M., Krużelecki J., Trybuła D., Optimal Stabilization of posbuckling path for cylindrical shells under external pressure, Engineering Optimzation, vol. 41, 2009, 59–72.
• [13] Bochenek B., Krużelecki J., Optymalizacja stateczności konstrukcji. Współczesne problemy, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 2007.
• [14] Mathon C., Limam A., Experimantal collapse of thin cylindrical shells submitted to internal pressure and pure bending, Thin-Walled Structures, vol. 44, 2006, 39–50.
• [15] Krużelecki J., Trybuła D. Stabilizacja siłą osiową pokrytycznej ścieżki równowagi dla powłok stożkowych obciążonych ciśnieniem zewnętrznym, III Konferencja Naukowo-Techniczna Doktorantów i Młodych Naukowców, Warszawa 2008, 92–97.
• [16] Riks E., An incremental approach to the solution of snapping and buckling problems, International Journal of Solids and Structures, 15, 1979, 529–551.