بررسی رفتار کمانشی پوسته های استوانه ای جدار نازک با مصالح GFRP تحت بار فشار خارجی

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی، دانشگاه ارومیه

2 پردیس دانشگاه ارومیه، دانشگاه ارومیه

چکیده

پوسته ­ها به عنوان عناصر سازه ­ای در مهندسی عمران، مکانیک و هوافضا اهمیت زیادی دارد. به­ علت کم بودن ضخامت پوسته در مقایسه با سایر ابعاد آن، کمانش به عنوان یک حالت حدی برای تحلیل پوسته به­ شمار می­ رود و مقاومت کمانشی یک معیار مهم برای طراحی می ­باشد. با ورود مصالح نوین از قبیل FRP به بازار ساخت­ وساز، نیاز است رفتار و نقش این مصالح در کمانش سازه ­های پوسته ­ای بیشتر مورد بررسی قرار گیرد. بدیهی است رفتار این مصالح به مراتب پیچیده ­تر از مصالح ایزوتروپیک می­ باشد. در این تحقیق از بارگذاری فشار یکنواخت خارجی استفاده شده است. این نوع بارگذاری عموماً موقع تخلیه مخازن و پوسته های استوانه ­ای به­ وجود می­ آید. در این مقاله، تأثیر پارامتر هندسی بی­ بعد L/R در ظرفیت کمانشی و رفتار الاستیک پوسته ­های استوانه ­ای جدار نازک با مصالح GFRP به صورت عددی (با استفاده از نرم ­افزار ABAQUS) و آزمایشگاهی، تحت بار فشار یکنواخت خارجی با شعاع ثابت و طول متغیر، مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج تحقیقات آزمایشگاهی مطابقت خوبی با نتایج تحلیل ­های عددی مدل­سازی شده نشان می­دهد. با افزایش پارامتر هندسی L/R، ظرفیت کمانشی و تعداد مدهای کمانشی تقلیل می­یابد و همچنین مخازن در تست دوباره نتوانستند ظرفیت اولیه خود را تکرار نمایند ولی نمونه ­ها در تست اولیه و تکرار با وجود تشکیل ترک ­ها، حالت الاستیک خود را حفظ و پس از باربرداری به حالت اولیه خود بازگردند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation on the Buckling Behavior of GFRP Thin-walled Cylindrical Shells under External Pressure

نویسندگان [English]

  • Hossein Showkati 1
  • Ali Pashaei Taghlidabad 2
1 Faculty of Civil Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
2 Faculty of Civil Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده [English]

Structural applications of composite materials are used in various structures of oil and gas industry, water supply and sewage systems and a wide range of industries, such as marine, aerospace, and military industries. Experimental and numerical studies show that the structural buckling failure is the major danger action for thin-walled cylindrical shells. Uniform lateral loading in tanks occurs when tanks are in the state of liquid discharge. Moreover, if special contrivances such as the drainage valves do not work or properly, then buckling phenomenon and will cause an overall failure in the tank. There are extensive research on the buckling and post-buckling of thin-walled steel tanks under external pressure, but research on composite cylindrical shells is very low. The only studies in the context of buckling of external pressure are done, by Hur et al. (2008) and Moreno et al. (2008), with the difference that in both studies, the type of material and loading are different from the present study. In this paper the effect of L/R geometrical parameter on the buckling behavior of GFRP cylindrical tanks will be studied.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cylindrical tanks
  • Geometric parameter
  • Buckling capacity
  • GFRP materials
  • External pressure

مراجع

باقری ب، عباسی م، کتابچی م، "مرجع کاربردی نرم ­افزار آباکوس"، انتشارات کیان رایانه سبز، تهران، 1391.
کامجو م، "بررسی آزمایشگاهی بیضی ­شدگی و پیوستگی جداره مقاطع لوله­ های پلیمری GRP و بتن با مقاومت­ های متفاوت"، منتشر شده در کنفرانس بین ­المللی عمران، معماری، مدیریت شهری و محیط زیست، هزاره سوم، 1395.
Abrar F, Majid M, Ridzuan M, Syayuthi A, “Impact Responses, Compressive and Burst tests of Glass/Epoxy (GRE) Composite Pipes”, Journal of Physics, Conference Series, Iop Publishing, 2017.
Aydin AC, Yaman Z, Ağcakoca E, Kiliç M, Maali M, Dizaji AA, “CFRP Effect on the Buckling Behavior of Dented Cylindrical Shells”, International Journal of Steel Structures, 2020, 20 (2), 425-435.
Donnell LH, “A new theory for the buckling of thin cylinders under axial compression and bending", Trans, A SME, 1934, 56 (11), 795-806.
Hur S, Son H, KWeon J, Choi J, “Post Buckling of Composite Cylinders under External Hydrostatic Pressure”, , 2008, .
Khot NS, “Buckling and Post Buckling Behavior of Composite Cylindrical Shells under Axial Compression”, AIAA Journal, 1970, 8, 229-235.
Korucuk FMA, Maali M, Kılıç M, Aydın AC, “Experimental analysis of the effect of dent variation on the buckling capacity of thin-walled cylindrical shells”, Thin-Walled Structures, 2019, 143, 106259.
Maali M, Kılıç M, Yaman Z, Ağcakoca, Aydın AC, “Buckling and post-buckling behavior of various dented cylindrical shells using CFRP strips subjected to uniform external pressure: comparison of theoretical and experimental data”, Thin-Walled Structures, 2019, 137, 29-39.
Moreno H, Douchin B, Collembet F, Choqueuse D, Davies P, “Influence of Winding pattern on the Mechanical Behavior of Filament Wound Composite Cylinders under External Pressure”, Journal of Composites Science and Technology, 2008, 68, 1015-1024.
Najand N, Ebrahimi Fakhari H, Abolghasemi A, Hashemi P, “The effects of the production parameters of the extruded tubes on the buckling strength of cylindrical containers”, Production & Manufacturing Research, 2020, 8 (1), 196-221.
Shen HS, “Boundary Layer Theory for the Buckling and Post buckling of Anisotropic Laminated Cylindrical Shells, Part I: Prediction under Axial Compression”, Composite Structures, (In press.)
Tsouvalis NG, Zafeiratou AA, Papazoglou VJ, “The Effect of Geometric Composite Laminated Cylinders under External Imperfections on the Buckling Behavior of hydrostatic pressure”, Journal of Composites, 2003, 34, 217-226.
 
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز
دوره 51.4، شماره 105 - شماره پیاپی 105
زمستان 1400
دی 1400
صفحه 69-79

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار