Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Salmani tehrani,Seyed Ailreza Shahidi rizi
مهدی سلمانی تهرانی (استاد راهنما) سید علیرضا شهیدی ریزی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mohammad Moein Javadi
محمدمعین جوادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Elastic-Plastic Buckling of a Rectangular Plate with Variable Thickness and Orthotropic Anisotropy
Nowadays, plates and shells are widely used in various engineering applications such as shipbuilding, bridges and aerospace industries. Plates are usually under in-plane uniaxial or biaxial compressive edge traction which may result in buckling failure. Therefore, studying the buckling capacity or buckling strength of plates is one of the most important subjects in the designing procedure of a plate-structure. On the other hand, the plates which are produced by cold rolling process are inherently anisotropic due to preferred orientation or mechanical fibering, which in turn may be resulted from the alignment of any impurities. Henceforth, it is a natural question that how does the anisotropy characteristics affects the buckling capacity of a plate structure. The present thesis aims at the investigation of elastic-plastic buckling of a rectangular orthotropic thick plate, with variable thickness, under uniform uniaxial or biaxial compressive edge traction. Two types of simply supported and clamped boundary conditions were considered for the plate edges. In order to model the plastic behavior of plate, both of the incremental and deformation plasticity theories were used. Also, the most novelty of this study was the change in the thickness of the plate according to the length of it, so that thickness changes as a linear function of length .Ramberg-Osgood equation was assumed for the uniaxial stress-strain curve of plate to obtain material constants. The critical buckling traction was determined based on the integral criterion of uniqueness of solution. To this end, polynomial Rayleigh-Ritz method was used to approximate the transversal deflection and rotations degrees of freedom of plate. Substituting the approximate functions into the integral criterion and then, minimizing the integral in terms of the polynomial unknown coefficients results in a homogeneous system of equations. In order to obtain the non-trivial solution, the determinant of the matrix of the coefficients should be equal to zero. Therefore, a nonlinear algebraic equation is obtained. The critical buckling traction is calculated as the lowest root of the equation. In order to verify the analysis, it was shown that as the polynomial order is increased, the results are converged. Then, the critical buckling load for a thick isotropic rectangular plate with uniform thickness, under equi-biaxial loading and simply supported boundary conditions, were calculated and compared with previously published results. A very close agreement was observed which evidently shows the validity of the analyses. Finally, the effect of anisotropic coefficients, the slope of thickness variation and the aspect ratio of the plate on the critical buckling load was studied. Keywords : Elastic-Plastic Buckling, Rectangular Plate, Hill-48 Plastic Anisotropy, Variable Thickness, Strength and Potential Energy, Rayligh-Ritz Method
امروزه از صفحه ها و ورق ها در صنایع گوناگون هم چون کشتی سازی، پل ها و سازه های فضایی استفاده می شود. صفحه ها معمولاً تحت نیروی فشاری تک محوری یا دومحوری زیادی روی لبه ها قرار دارند که ممکن است سبب کمانش و در نتیجه شکست آن ها و کل سازه شود. از این رو مطالعه بر روی ظرفیت تحمل بار کمانش یا استحکام کمانش صفحه ها، یکی از مهمترین موضوع های قابل توجه در طراحی سازه های صفحه ای است. از سوی دیگر، صفحه‌ها حین تولید در فرآیندهای نورد سرد، به‌طور ذاتی دارای ناهمسان گردی ناشی از چرخش ترجیحی یا فیبرینگ مکانیکی هستند بنابراین چگونگی اثر رفتار ناهمسان گرد بر روی ظرفیت کمانش صفحه، یک پرسش مهم و اساسی در تحلیل کمانش صفحه‌ها است. در این پایان نامه کمانش الاستیک-پلاستیک صفحه مستطیلی شکل ضخیم با ضخامت متغیر و ناهمسان گردی صفحه‌ای، تحت دو نوع بارگذاری فشاری تک‌محوری و دومحوری یکنواخت، بررسی شده است. برای شرایط مرزی صفحه دو حالت در نظر گرفته شده است. در حالت اول چهار لبه ی صفحه به‌صورت تکیه گاه ساده و در حالت دوم به‌صورت گیردار در نظر گرفته شده است. برای تحلیل کمانش ازدو نظریه ی پلاستیسیته‌ی نموی و تغییرشکل استفاده شده است. نوآوری این پایان‌نامه، در نظر گرفتن تغییر ضخامت در امتداد طول صفحه است. این تغییر ضخامت به‌صورت تابعی خطی فرض شده است. برای مدل سازی رفتار تک-محوره‌ی ماده از منحنی تنش-کرنش رامبرگ-آزگود استفاده شده است. بار بحرانی کمانش بر اساس معیار انتگرالی یگانگی پاسخ تعریف شده است. در پایان، از روش چندجمله ای ریلی-ریتز برای تقریب تغییرشکل برشی و درجه‌ی آزادی چرخشی صفحه استفاده گردیده. با جای‌گذاری توابع تقریب در معادله‌ی انتگرالی و سپس کمینه کردن آن نسبت به ضرایب مجهول، یک دستگاه معادلات همگن تشکیل می‌شود. برای به‌دست آوردن پاسخ غیربدیهی دترمینان ماتریس ضرایب باید برابر با صفر قرار داده شود. بنابراین یک معادله‌ی جبری غیرخطی به‌دست می آید. با محاسبه‌ی کوچکترین ریشه‌ی دترمینان ماتریس ضرایب این دستگاه، بار بحرانی کمانش تعیین می شود. برای ارزیابی تحلیل، نشان داده شده با افزایش مرتبه‌ی تابع‌های حدس، پاسخ‌ها همگرا می‌شوند. سپس به‌منظور اعتبارسنجی نتیجه‌ها، بار بحرانی کمانش صفحه‌ی مستطیلی همسان‌گرد ضخیم با ضخامت ثابت، تحت بارگذاری دومحوره‌ی مساوی و شرایط تکیه‌گاهی ساده، با نتییجه‌های پژوهش‌های پیشین مقایسه و سازگاری بسیار نزدیکی مشاهده شد. پس از اعتبارسنجی نتیجه‌های تحلیل، اثر ضریب‌های ناهمسان‌گردی، شیب تغییر ضخامت صفحه و نسبت اندازه‌ی ضلع‌های صفحه، بر بار بحرانی کمانش بررسی شد. کلمات کلیدی : کمانش الاستیک-پلاستیک، صفحه‌ی مستطیلی، ناهمسان‌گردی هیل48، ضخامت متغیر، انرژی کرنشی و پتانسیل، روش ریلی-ریتز.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی