판의 탄성좌굴에 관해서는 이미 많은 이론적 실험적 연구가 이루어져 여러 가지 경계조건 및 하중에 대해서 좌굴응력을 결정하는데 큰 어려움이 없다. 현재 플랜지 및 웨브판에 대한 설계기준도 휨에 대한 좌굴응력을 기준으로 하고 있으며, 후좌굴강도에 안전율을 적용하여 고려하도록 하고 있다. 그러므로 본 연구는 이상적인 조건하에서 전개되는 선형좌굴이론에서 뿐만이아니라, 유한처짐을 허용하는 극한강도 설계개념에 까지 확장되어진다. 또한, 이 개념에 근거한 실험적 연구가 이루어져 단순지지 조건을 만족시킬 수 있는 보강재에 대한 현 시방규정의 적정성을 분석 검토하고자 한다. 본 연구의 결과를 토대로 세장비의 변화에 따른 강상자형의 극한강도를 결정하는 식을 제시하고자 한다.
After manufacturing a structure, the assembly of structural components is often not as perfect as expected due to the immaturity of current engineering techniques. Thus the actual buckling load for an element is sometimes not consistent with that predicted in the design. For design considerations, it is necessary to establish an analytical method for determining the buckling load experimentally. In this paper, a dynamic method is described for determining the linear buckling loads for elastic, perfectly flat plates. The proposed method does not require the application of in-plane loads and is feasible for arbitrary types of boundary conditions. It requires only the vibrational excitation of the plate. The buckling load is determined from the measured natural frequencies and vibration mode shapes.
As a trapezoidal corrugated steel plate has the sufficient stiffness out of plane direction without shear stiffener or thick plate, a use in the web of bridge structure is on the increase. However, there are no domestic design guides for shear buckling strength of corrugated plates. Therefore, foreign design specifications are analyzed about application methods and a numerical parametric study is used to get the relationship of the shear strength and geometric boundary conditions for corrugated plates. Elastic buckling finite element analysis is executed through eigenvalue analysis using the eight nodes five freedoms thin shell element. Parameters such as the width and height of panel and the thickness and height of web, are determined considering the factors to influence on the buckling of corrugated plate. Accuracy of shear buckling analysis is evaluated with theory of foreign buckling equations.
Not all structural columns maintain a vertical orientation. Several contemporary building structures have inclined columns, introducing distinct challenges, particularly in buckling behavior. This study examines the buckling behavior of inclined, thin-walled steel bundled columns, differing from typical vertical columns. Using specimens with three tubes welded to plates linearly aligned at the top and triangularly at the bottom, tests indicated that buckling capacity increases with tube wall thickness and diameter but decreases with column height. Inclined tubes in bundled columns showed improved buckling resistance over vertical ones. Results were verified against standard steel design guidelines to assess their predictive accuracy.
This paper presents an inelastic buckling behavior analysis of rectangular hollow steel tubes with geometrical imperfections under elevated temperatures. The main variables are the temperature loads, slenderness ratios, and exposure conditions at high temperatures. The material and structural properties of steels at different temperatures are based on Eurocode (EN 1993-1-2, 2005). In the elastic buckling analysis, the buckling strength decreases linearly with the exposure conditions, whereas the inelastic buckling analysis shows that the buckling strength decreases in clusters based on the exposure conditions of strong and weak axes. The buckling shape of the rectangular steel column in the elastic buckling mode, which depicts geometrical imperfection, shows a shift in the position at which bending buckling occurs when the lower section of the member is exposed to high temperatures. Furthermore, lateral torsional buckling occurs owing to cross-section deformation when the strong axial plane of the model is exposed to high temperatures. The elastic buckling analysis indicates a conservative value when the model is exposed to a relatively low temperature, whereas the inelastic buckling analysis indicates a conservative value at a certain temperature or higher. The comparative results between the inelastic buckling analysis and Eurocode 3 show that a range exists in which the buckling strength in the design equation result is overestimated at elevated temperatures, and the shapes of the buckling curves are different.
FPSO is widely used to develop deep sea oil fields and HHI has constructed ten(10) FPSOs. During these constructions, relevant structural design criteria such as yielding, buckling, fatigue, collision and impact strength were applied to verify structural safety. To apply the buckling strength evaluation for structures, the critical buckling stresses and applied stresses of relevant panels should be calculated. The plate and stiffened panels are to be idealized, which are needed much time and efforts by designers. Therefore, program development is necessary in order to evaluate the buckling strength conveniently and accurately. In this study, the buckling strength assessment system by using offshore code, DNV-RP-C201 was developed under MSC/PATRAN, pre-post program of finite element method. Graphic user interface program is written in MSC/PATRAN PCL functions. Source program to evaluate the buckling strength is developed in FORTRAN programming languages. The developed program is verified by comparing with the results of the Nauticus Hull developed by DNV Classification Society, and applied to the marine construction project conducted by Hyundai Heavy Industries LTD.
This research presents a multi-material topology optimization for functionally graded material (FGM) and nonFGM with elastic buckling criteria. The elastic buckling based multi-material topology optimization of functionally graded steels (FGSs) uses a Jacobi scheme and a Method of Moving Asymptotes (MMA) as an expansion to revise the design variables shown first. Moreover, mathematical expressions for modified interpolation materials in the buckling framework are also described in detail. A Solid Isotropic Material with Penalization (SIMP) as well as a modified penalizing material model is utilized. Based on this investigation on the buckling constraint with homogenization material properties, this method for determining optimal shape is presented under buckling constraint parameters with non-homogenization material properties. For optimal problems, minimizing structural compliance like as an objective function is related to a given material volume and a buckling load factor. In this study, conflicts between structural stiffness and stability which cause an unfavorable effect on the performance of existing optimization procedures are reduced. A few structural design features illustrate the effectiveness and adjustability of an approach and provide some ideas for further expansions.
Tapered girders emerged as an economical remedy for the challenges associated with constructing long-span buildings. From an economic standpoint, these systems offer significant advantages, such as wide spans, quick assembly, and convenient access to utilities between the beam's shallow sections and the ceiling below. Elastic-local buckling is among the various failure modes that structural designers must account for during the design process. Despite decades of study, there remains a demand for efficient and comprehensive procedures to streamline product design. One of the most pressing requirements is a better understanding of the tapered web plate girder's local buckling behavior. This paper conducts a comprehensive numerical analysis to estimate the critical buckling coefficient for simply supported tapered steel web plates, considering loading conditions involving compression and bending stresses. An eigenvalue analysis was carried out to determine the natural frequencies and corresponding mode shapes of tapered web plates with varying geometric parameters. Additionally, the study highlights the relative significance of various parameters affecting the local buckling phenomenon, including the tapering ratio of the panel, normalized plate length, and ratio of minimum to maximum compressive stresses. The regression analysis and optimization techniques were performed using MATLAB software for the results of the finite element models to propose a separate formula for each load case and a unified formula covering different compression and bending cases of the elastic local buckling coefficient. The results indicate that the proposed formulas are applicable for estimating the critical buckling coefficient for simply supported tapered steel web plates.
Objective of this paper is to compare linear buckling analysis formulations, available in commercial finite element programs. Modern steel design codes, including Eurocode 3, make abundant use of linear buckling loads for calculation of slenderness, and of linear buckling modes, used as shapes of imperfections for nonlinear analyses. Experience has shown that the buckling mode shapes and the magnitude of buckling loads may differ, sometimes significantly, from one algorithm to another. Thus, three characteristic examples have been used in order to assess the linear buckling formulations available in the finite element programs ADINA and ABAQUS. Useful conclusions are drawn for selecting the appropriate algorithm and the proper reference load in order to obtain either the classical linear buckling load or a good approximation of the actual geometrically nonlinear buckling load.
A robust optimization procedure is applied to determine the design of the laminated composite plates with buckling constraints. In order to investigate the variation effect to the whole performance of a structure, both design variables and system parameters are assumed as random variables about their nominal values. The robust optimization method has advantages that the mean value and the variation of the performance function are controlled simultaneously and the second order sensitivity information is not required. Considering the information of uncertainty, robust optima for the buckling load of the laminated composite plates with cut-out is obtained. The robustness of the structures is compared to that of the deterministic optimization using scaling factors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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