Coupling experiment and numerical analysis in the study of post-buckling response of thin-walled structures

• Autorzy: Kopecki T.

Warianty tytułu

PL

Łączenie eksperymentu z analizą numeryczną w badaniach stanów zakrytycznych struktur cienkościennych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the methodology that makes it possible to evaluate computational model and introduce current corrections to it. The methodology ensures proper interpretation of nonlinear results of numerical analyses of thin-walled structures. The suggested methodology is based on carrying out, in parallel to nonlinear numerical analysis, experimental research on some selected crucial zones of load-carrying structures. Attention is drawn to the determinants concerning the performance of an adequate experiment. The author points out on indicating the role of model tests as a fast and economically justified research instruments practicable when designing thin-walled load-carrying structures. The presented considerations are illustrated by an example of a structure whose geometrical complexity and ranges of deformation are characteristic for modern solutions applied in the load-carrying structures of airframes. As the representative example, one selected the area of the load-carrying structure that contains an extensive cut-out, in which the highest levels and stress gradients occur in the conditions of torsion evoking the post-buckling states within the permissible loads. The stress distributions within these ranges of deformations were used as the basis for determining the fatigue life of the structure.

PL

W pracy przedstawiono metodykę umożliwiającą dokonywanie oceny modelu obliczeniowego oraz jego bieżących korekt, zapewniającą poprawną interpretację wyników nieliniowych analiz numerycznych ustrojów cienkościennych. Proponowana metodyka opiera się na prowadzeniu, równolegle z nieliniową analizą numeryczną, badań doświadczalnych wybranych, newralgicznych elementów struktur nośnych. Zwrócono uwagę na uwarunkowania dotyczące przeprowadzania adekwatnego eksperymentu, wskazując na rolę badań modelowych, jako szybkiego i ekonomicznie uzasadnionego narzędzia badawczego możliwego do stosowania w trakcie projektowania cienkościennych ustrojów nośnych. Przedstawione rozważania zilustrowano na przykładzie konstrukcji o stopniu złożoności geometrycznej i zakresach deformacji, charakterystycznych dla współczesnych rozwiązań stosowanych w ustrojach nośnych płatowców. Jako reprezentatywny przykład wybrano strefę struktury nośnej zawierającą obszerny wykrój, w której najwyższe poziomy i gradienty naprężeń pojawiają się w warunkach skręcania wywołującego stany deformacji zakrytycznej w zakresie obciążeń dopuszczalnych. Rozkłady naprężeń w tych zakresach deformacji stają się podstawą wyznaczania trwałości zmęczeniowej ustroju.

Słowa kluczowe

EN

shell; constrained torsion; open cross section; buckling; experiment; finite elements; thin-walled structure

PL

powłoka; skręcanie swobodne; otwarty przekrój poprzeczny; wyboczenie; eksperyment; elementy skończone; struktura cienkościenna

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. LV, nr 4
• Strony: 331--356
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., fot., rys.

Twórcy

autor

Kopecki T.

• Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics, Rzeszów University of Technology, ul. W. Pola 2, 35-959 Rzeszów, Poland,

Bibliografia

• [1] Arborcz J.: Post-buckling behavior of structures. Numerical techniques for more complicated structures. Lecture Notes In Physics, 228, 1985.
• [2] Bathe K. J.: Finite element procedures. Prentice Hall, 1996.
• [3] Doyle J. F.: Nonlinear analysis of thin-walled structures. Springer-Verlag, New York Berlin Heidelberg, 2001.
• [4] Felippa CA., Crivelli L. A., Haugen B.: A survey of the core-congruential formulation for nonlinear finite element. Archives of computational methods in engineering 1, 1994.
• [5] Felippa C. A.: Procedures for computer analysis of large nonlinear structural system in large engineering systems, ed. by A. Wexler, Pergamon Press, London, 1976.
• [6] Kopecki H.: Problemy analizy stanów naprężenia ustrojów nośnych, w świetle badań eksperymentalnych metodami mechaniki modelowej, Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, Nr 78, Rzeszów, 1991.
• [7] Królak M., Młotkowski A.: Experimental analysis of post-buckling and collapse behaviour of thin-walled box-section beam. Thin-Walled Structures, 26:287-314, 1996.
• [8] Laerman K. H.: The principle of integrated photo-elasticity applied to experimental analysis of plates with nonlinear deformation. Proc. 7th Conf. on experimental stress analysis, Haifa, 1982.
• [9] Lynch C: A finite element study of the post buckling state behaviour of a typical aircraft fuselage panel. PhD. Thesis, Queen's University Belfast, 2000.
• [10] Lynch C, Murphy A., Price M., Gibson A: The computational post buckling analysis of fuselage stiffened panels loaded in compression. Thin-Walled Structures, 42:1445-1464, 2004.
• [11] Marcinowski J.: Nieliniowa stateczność powłok sprężystych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1999.
• [12] Mohri F., Azrar L., Potier-Ferry M.: Lateral post buckling analysis of thin-walled open section beams. Thin-Walled Structures, 40:1013-1036, 2002.
• [13] Niu M. C.: Airframe structural design. Conmilit Press Ltd., Hong Kong, 1988.
• [14] Rakowski G., Kacprzyk Z.: Metoda elementów skończonych w mechanice konstrukcji. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2005.
• [15] Ramm E.: The Riks/Wempner Approach - An extension of the displacement control method in nonlinear analysis. Pineridge Press, Swensea, 1987.
• [16] Zienkiewicz O. C, Taylor R. L.: Finite element method for solid and structural mechanics. Elsevier Butterworth Heineman , Sixth edition 2005.
• [17] Aben H.: Integrated photoelasticity. Mc Graw-Hill Book Co., London, 1979.
• [18] Laerman K. H.: The principle of integrated photoelasticity applied to experimental analysis of plates with nonlinear deformation. Proc. 7th Int. Conf. On Experimental Stress Analysis, Haifa, 1982.