The safety of ships is one of the most important concerns in terms of the environment and human life. A ship in bad condition is likely to be subject to accidents, such as collision and grounding. When a ship has minor collision damages in the form of circle or ellipse, its ultimate strength will be reduced. It is important to evaluate the reduction ratio of a ship's ultimate strength that results from damages. The strength reduction of a plate with a cutout in the form of hole has been treated by many researchers. A closed-form formula for the reduction of ultimate strength of a plate, considering the effect of several forms of cutout, has been suggested. However, the structure of ships is composed of plates and stiffeners so-called stiffened plates and it is likely that plates and stiffeners will be damaged together in collisions. This paper investigates the effect of minor collision damages on the ultimate strength of a stiffened plate by using numerical analysis. For this study, the deformed shape of minor collision damages on a stiffened plate was made by using a contact algorithm and was used as the initial shape for ultimate stress analysis. Then, a series of nonlinear FE analyses was conducted to investigate the reduction effects on the ultimate strength of the stiffened plate. The boundary conditions were simply supported at all boundaries, and the tripping of stiffener was neglected. The results are presented in the form of reduction ratio between the ultimate strength of an original, intact stiffened plate and that of a damaged stiffened plate.
The aim of the present study is to investigate the buckling strength of plates and stiffened panels with opening under transverse thrust and shear actions. It is observed that the existing design formulation for critical-buckling strength of plates are not valid for perforated plates, because the current design formulation trends can significantly overestimate or underestimate the load-carrying capacity of plates when plates have large opening and/or are thick. A series of eigen value and elastic.plastic large deflection finite element analyses are carried out with varying the aspect ratio of plate, the opening size and location on plate until and after the ultimate strength is reached. Based on the results obtained from the present study, closed-form design formulations for the elastic buckling strength of plates and stiffened panels with opening are derived. The derived design formulations are considered plasticity correction of the material and verified by experimental tests and results of nonlinear finite element computations.
본 연구는 고강도강(SM570, POSTEN80) 보강판의 거동특성을 실험을 토하여 검토한 것이다. 여기서는 압축력을 받는 총 7개의 보강판 시험체에 관한 재하실험결과를 정리하였으며, 이와 같은 실험결과를 기초로 하여 보강판 패널의 폭-두께비와 보강재의 강비에 관한 영향을 검토하였다. 또한 실험으로부터 구한 극한강도와 기준 내하력과의 비교를 통하여 보강판의 강도 특성에 관한 검토를 하였으며, 실험과 FEM 해석결과를 비교하였다.
The main requirements of modern welded metal structures are the load-carrying capacity (safety), fitness for production, and economy. The primary objective of attaching longitudinal stiffeners is to improve the buckling strength of relatively thin compression panels. This paper gives several comparisons for stiffened plates with different loadings (static, dynamic), different shape of stiffeners (flat, L-shape, trapezoidal), different steel grades, and different welding technologies (SMAW, GMAW, SAW), different costs to show the necessity of a combination of design, fabrication and economic aspects. Safety and fitness for production are guaranteed by fulfilling the design and fabrication constraints. The economy is achieved by minimizing the cost function. It is shown that the optimum sizes depend on the welding technology, the material yield stress, the profile of the stiffeners, the load cycles and the place of the production.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제6권1호
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pp.39-59
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2014
Nowadays aluminum stiffened plates are one of the major constituents of the marine structures, especially high-speed vessels. On one hand, these structures are subject to various forms of loading in the harsh sea environment, like hydrostatic lateral pressures and in-plane compression. On the other hand, fusion welding is often used to assemble those panels. The common marine aluminum alloys in the both 5,000 and 6,000 series, however, lose a remarkable portion of their load carrying capacity due to welding. This paper presents the results of sophisticated finite-element investigations considering both geometrical and mechanical imperfections. The tested models were those proposed by the ultimate strength committee of $15^{th}$ ISSC. The presented data illuminates the effects of welding on the strength of aluminum plates under above-mentioned load conditions.
This study is aimed to examine the influence of the rotational stiffness of U-shaped ribs on the local buckling behaviors of laminated composite plates. Applying the orthotropic plates with eight layers of the layup $[(0^{\circ})4]s$ and $[(0^{\circ}/90^{\circ})2]s$, 3-dimensional finite element models for the U-rib stiffened plates were setup by using ABAQUS and then a series of eigenvalue analyses were conducted. There is a need to develope a simple design equation to establish the rotational stiffness effect, which could be easily quantified by comparing the theoretical critical stress equation for laminated composite plates with elastic restraints based on the Classical laminated plate theory. Through the parametric numerical studies, it is confirmed that there should clearly exist an increasing effect of local plate buckling strength due to the rotational stiffness by closed-section ribs. An applicable coefficient for practical design should be verified and proposed for future study. This study will contribute to the future study for establishing an increasing coefficient for the design strength and optimum design of U-rib stiffened plates.
본 연구의 목적은 1축압축을 받는 판 및 보강판의 최종강도추정을 위한 경험식의 도출에 있다. 이를 위해 다른 연구자에 의해 수행된 많은 실험결과를 정리 하였고, 식의 도출에 있어서 넓은 범위의 판의 치수에 대한 이들 실험결과의 유용성을 확인하였다. 또한, 필요한 치수범위에 있어서 편면보강재를 가진 보강판에 대한 압축 최종강도 실험을 추가적으로 수행하였다. 본 실험과 기존의 실험결과를 바탕으로 최소자승법에 의해 보다 더 유용한 경험식을 도출하였다.
The paper investigates the dynamic behaviour of stiffened panels. The coupled differential equations for eccentric stiffening configuration are first derived. Then a semi-analytical procedure for dynamic analysis of stiffened panels is presented. Unlike finite element or finite strip methods, where the plate is discretized into a set of elements or strips, the plate in this procedure is treated as a single element. The potential energy of the structure is first expressed in terms generalized functions that describe the longitudinal and transverse displacement profiles. The resulting non-linear strain energy functions are then transformed into unconstrained optimization problem in which mathematical programming techniques are employed to determine the magnitude of the lowest natural frequency and the associated mode shape for pre-selected plate/stiffener geometric parameters. The described procedure is verified with other numerical methods for several stiffened panels. Results are then presented showing the variation of the natural frequency with plate/stiffener geometric parameters for various stiffening configurations.
Computational Structural Engineering : An International Journal
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제3권1호
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pp.19-29
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2003
In the present study, finite element linear buckling analysis is performed for grid-stiffened composite plates. A hybrid element with drilling degrees of freedom is employed to reduce the effect of the sensitivity of mesh distortion and to match the degrees of freedom between skins and stiffeners. The preliminary static stress distribution is analyzed for the determination of accurate load distribution. Parametric study of grid structures is performed and three types of buckling modes are observed. The maximum limit of buckling load was found at the local skin-buckling mode. In order to maximize buckling loads, stiffened panels need to be designed to be buckled in skin-buckling mode.
압축을 받는 복합적층판의 보강을 위해 폐단면리브를 적용하는 것이 효과적이나, 적정 크기나 최적 두께에 대한 충분한 연구자료가 제시되지 못하고 있다. 이에 따라 폐단면리브 단면 제원에 따른 복합적층판의 압축좌굴 거동에 대한 영향이 우선 검토되어야 할 필요성이 있다. 본 논문에서는 직교이방성 $[(0^{\circ})_4]_s$와 Cross-ply $[(0^{\circ}/90^{\circ})_2]_s$ 적층단면을 각각 고려하여 U리브 단면강성에 따른 복합적층 보강판의 탄성좌굴강도 및 좌굴모드의 변화를 수치해석적으로 검토하였다. 구조부재로써 적용성을 고려하여 U리브 단면 모델을 선정하였고 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 U리브 적층두께에 따른 고유치 해석을 실시하였다. U리브와 같은 폐단면 보강재를 적용한 복합적층판에서는 단순지지 조건의 판좌굴 강도에 비해 상승효과가 있음이 본 연구의 수치해석 결과로부터 입증되었으며 본 해석연구 대상 모델에 대해 U리브 최적 적층두께를 분석하였다. 본 논문의 연구 결과는 향후 U리브의 최적 단면 선정방안을 제시하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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