Identification and simulation of initial geometrical imperfections of steel cylindrical tanks

Górski, J.; Mikulski, T.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Identification and simulation of initial geometrical imperfections of steel cylindrical tanks

Autorzy

Górski J. , Mikulski T.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Identyfikacja i symulacja wstępnych imperfekcji geometrycznych w stalowych cylindrycznych zbiornikach

Języki publikacji

Abstrakty

Critical loads of shell structures can be properly approximated only through including randomness in their geometry. As it is difficult and expensive to measure the initial structure imperfections in situ or in laboratory, a methodology of identification and description of the available data should be provided. The presented procedure provides an opportunity for the reproduction of measured maps of steel cylindrical tank geometrical imperfections. Simulations of nonhomogeneous random fields of imperfections, based on the original conditional-rejection method of simulation, are applied. Using the measured data, an envelope of the imperfections is also estimated. It allows for simulation of extreme but still realistic fields of imperfections. Additionally, nonlinear numerical analyses of tanks with and without initial geometrical imperfections are performed. The results indicate that the initial imperfections influence the solutions.

Wyznaczenie obciążenia granicznego konstrukcji powłokowych wymaga uwzględnienia w obliczeniach odchyłek geometrycznych. Wykonanie pomiarów tego typu odchyłek rzeczywistych obiektów jest trudne i kosztowne. Wyniki uzyskane na podstawie analizy modeli laboratoryjnych nie są wiarygodne. W pracy zaproponowano metodę alternatywną. Wykazano, że na podstawie dostępnych danych można sformułować metody identyfikacji i symulacji wstępnych odchyłek geometrycznych. Zaprezentowane procedury umożliwiają odwzorowanie pomierzonych pól wstępnych odchyłek stalowych cylindrycznych zbiorników o osi pionowej na paliwa płynne. Symulacje niejednorodnych pól losowych imperfekcji wykonano za pomocą oryginalnej warunkowej metody akceptacji i odrzucania. Pomierzone dane pozwoliły także na wyznaczenie obwiedni odchyłek losowych i na tej podstawie wykonano symulację ekstremalnych, realistycznych pól imperfekcji. Dodatkowo przeprowadzono nieliniowe obliczenia numeryczne zbiorników idealnych oraz z imperfekcjami. Porównanie wyników pozwoliło na określenie wpływu odchyłek na mechaniczną odpowiedź powłoki.

Słowa kluczowe

cylindrical tanks geometrical imperfections random fields identification and simulation

geometryczne niedoskonałości przypadkowe pola identyfikowanie i symulacja

Wydawca

Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej

Czasopismo

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

Rocznik

2008

Tom

Vol. 46 nr 2

Strony

413--434

Opis fizyczny

Bibliogr. 40 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Górski J.

autor

Mikulski T.

Gdańsk University of Technology, Poland, jgorski@pg.gda.pl

Bibliografia

1. Anders M., Hori M., 1999, Stochastic finite element method for elasto-plastic body, International Journal for Numerical Methods in Engineering, 46, 1897- 1916
2. Arbocz J., 1998, On accuracy of numerical buckling load predictions, Proc. of the 6th Conference ”Shell Structures. Theory and Applicatios”, Gdańsk-Poland, 19-23
3. Arbocz J., Starnes J.H., 2002, Future directions and challenges in shell stability analysis, Thin-Walled Structures, 40, 729-754
4. Augusti G., Baratta A., Casciati F., 1984, Probabilistic Methods in Structural Engineering, London, New York: Chapman and Hall
5. Bendat J.S., Piersol A.G., 1993, Engineering Applications of Correlation and Spectral Analysis, New York: John Wiley & Sons
6. Bielewicz E., Górski J., 2002, Shell with random geometric imperfections. Simulation-based approach, International Journal of Non-linear Mechanics, 37, 4/5, 777-784
7. Bielewicz E., Górski J., Schmidt R., Walukiewicz H., 1994, Random fields in the limit analysis of elastic-plastic shell structures, Computers and Structures, 51, 3, 267-275
8. Brandt S., 1997, Statistical and Computational Methods in Data Analysis, New York: Springer Verlag
9. Devroye L., 1986, Non-Uniform Random Variate Generation, New York: Springer-Verlag
10. Ferson S., Ginzburg L.R., 1996, Different methods are needed to propagate ignorance and variability, Reliability Engineering and System Safety, 54, 133- 144
11. Fisher N.I., 1993, Statistical Analysis of Circular Data, Great Britain, Cambridge University Press
12. Górski, J., 2006, Non-linear models of structures with random geometric and material imperfections simulation-based approach, Gdansk University of Technology, Monograph, 68
13. Górski J., Mikulski T., 2005, Statistical description and numerical calculations of cylindrical vertical tanks with initial geometric imperfections, Proc. of the 7th International Conference Shell Structures. Theory and Applications, Gdańsk Jurata 2005; London: Balkema, Taylor & Francis, 547-551
14. Hurtado J.E., Barbat A.H., 1998,Monte Carlo techniques in computational stochastic mechanics, Archives of Computational Method in Engineering, 5, 1, 3-30
15. Jankowski R., Walukiewicz H., 1997, Modeling of two-dimensional random fields, Probabilistic Engineering Mechanics, 12, 2, 115-121
16. Khamlichi A., Bezzazi M., Limam A., 2004, Buckling of elastic cylindrical shells considering the effect of localized axisymmetric imperfections, Thin- Walled Structures, 42, 1035-1047
17. Kowalski D., 2004, Influence of initial imperfections on the vertical tank side stresses, Ph.D. Thesis. Gdańsk University of Technology, Gdańsk [in Polish]
18. Li C.C., Der Kiureghian A., 1993, Optimal discretization of random fields, Journal of Engineering Mechanics, 119, 6, 1136-1154
19. Marek P., Guˇstar M., Anagnos T., 1996, Simulation-Based Reliability Assessment for Structural Engineers, New York, London, Tokyo: CRC Press, Boca Raton
20. Matthies H.G., Brenner C.E., Bucher C.G., Soares C.G., 1997, Uncertainties in probabilistic numerical analysis of structures and solids – stochastic finite elements, Structural Safety, 19, 3, 283-336
21. Melchers R.E., 1999, Structural Reliability Analysis and Prediction, Chichester: John Wiley & Sons
22. Mignolet M.P., Spanos P.D., 1992, Simulation of homogeneous twodimensional random fields: Part I – AR and ARMA models, Journal of Applied Mechanics, ASME, 59, 2, 260-269
23. MSC Nastran for Windows, 2001, Los Angeles: MSC Software Corporation
24. Orlik G., 1976, Deformation of shapes of cylindrical steel shells, statistical analysis and numerical simulations, Ph.D. Thesis. Technical University of Gdańsk, Gdańsk [in Polish]
25. Papadimitriou C., Beck J.L., Katafygiotis L.S., 2001, Updating robust reliability using structural test data, Probabilistic Engineering Mechanics, 16, 103-113
26. Papadopoulos V., Papadrakakis M., 2004, Finite-element analysis of cylindrical panels with random initial imperfections, Journal of Engineering Mechanics, 130, 8, 867-876
27. Przewłócki J., Górski J., 2001, Strip foundation on 2-D and 3-D random subsoil, Probabilistic Engineering Mechanics, 16, 2, 121-136
28. Raizer V., 2004, Theory of reliability in structural design, Applied Mechanical Review, 57, 1, 1-21
29. Schenk C.A., Schu¨eller G.I., 2003, Buckling analysis of cylindrical shells with random geometric imperfection, International Journal of Non-Linear Mechanics, 38, 1119-1132
30. Schu¨eller G., 2001, Computational stochastic mechanics – recent advances, Computers and Structures, 79, 2225-2234
31. Spanos P.D., Mignolet M.P., 1992, Simulation of homogeneous twodimensional random fields: Part II – MA and ARMA models, Journal of Applied Mechanics, ASME, 59, 2, 270-277
32. Stefanou G., Papadrakakis M., 2004, Stochastic finite element analysis of shells with combined random material and geometric properties, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 193, 139-160
33. Surdet B., Der Kiureghian A., 2002, Comparison of finite element reliability methods, Probabilistic Engineering Mechanics, 17, 337-348
34. Tejchman J., Górski J., 2006, Stochastic FE-analysis of shear localization in 2D granular material within a micro-polar hypoplasticity, Archives of Hydro- Engineering and Environmental Mechanics, 53, 4, 1231-3726
35. Vanmarcke E., 1983, Random Fields: Analysis and Synthesis, Cambridge: MIT Press
36. Vanmarcke E., Shinozuka M., Nakagiri S., Schu¨eller G.I., Grigoriu M., 1986, Random fields and stochastic finite elements, Structural Safety, 3, 143-166
37. Walukiewicz H., Bielewicz E., Górski, J., 1997, Simulation of nonhomogeneous random fields for structural applications, Computers and Structures, 64, 1/4, 491-498
38. Wilde P., 1981, Random Fields Discretization in Engineering Calculations, Warsaw: PWN, [in Polish]
39. Zhang J., Ellinwood B., 1995, Error measure for reliability studies using reduced variable set, Journal of Engineering Mechanics, ASCE, 121, 8, 935-937
40. Ziółko J., 1986, Metal Tanks for Liquids and Gases, Warsaw: Arkady [in Polish]

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BWM4-0007-0042