Skip to main content
SUPERVISOR
Bijan Boroomand,Mojtaba Azhari
بیژن برومندقهنویه (استاد مشاور) مجتبی ازهری (استاد راهنما)
 
STUDENT
Shahram Lotfi Mahyari
شهرام لطفی مهیاری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Elastic and inelastic local buckling analysis of skew plates by Spline Finite Strip Method
Plates are two dimensional structural elements with flat or bent geometries and having a widespread industrial use. They can be formed easily in different shapes to make less heavy structures and more economic benefits. Thin plates with different shapes are used in constructing ships, automobiles, buildings and so on. So plate stability under compression is being noticed by experts. As exact solution of partial differential equation for plate buckling analysis is difficult, numerical solutions are used widely to solve these equations today.The semi analytical finite strip method of structural analysis has proven to be both accurate and efficient for analysing the buckling of structural members and stiffened plates. It is know convenient to introduce three types of finite strip method of structural analysis such as ordinary, complex and spline finite strip method. The spline finite strip method was developed from the semi-analytical finite strip method originally derived by Cheung. The finite strip method was based on harmonic functions, and proved to be an efficient tool for analyzing structures with constant geometrical properties along a particular direction, generally the longitudinal one. The spline finite strip method complemented the finite strip method by allowing more complex types of loading and geometry to be modeled at the expense of a more comprehensive set of displacement functions based on splines. Using spline finite strip method to analyse the plate buckling even considering less degrees of freedom comparing finite element method, better results may attained and also this method converges faster to the answer. In this thesis the local buckling of skew plates is studied. The general theory of the spline finite strip method is introduced. The kinematics assumptions, strain-displacement and constitutive relations of the Kirchhoff hypothesis in thin plates are described and applied to the spline finite strip method.The corresponding matrix formulation is utilized in the equilibrium and stability equations to derive the stiffness and stability matrices. Using spline finite strip method, the elastic and inelastic local buckling of skew plates with different end conditions and subjected to in-plane stresses are studied and the initial local buckling coefficient of such plates were obtained. In the same way, the local buckling of simply supported quadrilateral tapered plates in both elastic and inelastic range of response and subjected to in-plane stresses has been studied too and the local buckling coefficient of such plates are obtained too. A number of numerical examples of skew plates illustrate the applicability and accuracy of the proposed method Plate thickness reduction in some parts of structure which does not have a striking effect on the buckling coefficient let a lighter and more economic design.
ورق ها را می توان اجزای سازه ای دو بعدی با هندسه ی تخت و یا خمیده دانست که در صنایع مختلف امروزی کاربرد وسیعی یافته اند. عملکرد دو بعدی ورق‌، همچنین امکان شکل ‌دهی آسان آن به اشکال گوناگون، صنعتگران را قادر به ساخت سازه های سبک تر نموده است. این ویژگی مزایای اقتصادی فراوانی به همراه داشته و سبب توجه چشمگیر مهندسین به استفاده ی بیشتر از ورق در صنایع مختلف امروزی شده است. امروزه ورق های نازک با شکل های گوناگون در صنایع کشتی سازی، ماشین سازی، ساختمانی و غیره به کار می روند، لذا بررسی پایداری ورق های نازک تحت فشار، مورد توجه کارشناسان قرار گرفته است. با توجه به مشکل بودن حل دقیق معادله ی دیفرانسیل پاره ای مربوط به تحلیل پایداری ورق ها، امروزه، از روش های عددی به شکل وسیعی در حل این معادلات استفاده می شود. روش نوار محدود، یکی از کارا ترین روش های حل عددی در تحلیل مسائل مربوط به خمش و پایداری ورق ها است. از انواع این روش می شود به روش نوار محدود عادی، مختلط و یا روش نوار محدود اسپیلاین اشاره کرد. استفاده از سری های هارمونیک، روش نوار محدود اسپیلاین را به ابزاری موثر و دقیق در آنالیز سازه هایی که خصوصیات هندسی آنها در یک جهت، ثابت باشد تبدیل نموده است. مشخصه ی بارز روش نوار محدود اسپیلاین، وجود گره در راستای طولی نوار هاست که می تواند تغییرات بارگذاری و هندسی در طول ورق را پوشش دهد. با استفاده از این روش، حتی با فرض یک درجه ی آزادی کمتر در گره ها نسبت به روش المان محدود، می توان به کسب نتایج بهتر امید وار بوده و در ضمن این روش سریع تر به جواب همگرا می شود. در تحقیق حاضر، ابتدا با استفاده از روش نوار محدود اسپیلاین، پایداری صفحات نازک به شکل های مربع، مستطیل، متوازی الاضلاع و ذوزنقه، تحت اثر بار گذاری درون صفحه، برای برخی از حالات متداول تکیه گاهی و در هر دو محدوده ی رفتار ارتجاعی و رفتار غیر ارتجاعی مواد سازنده ی ورق بررسی شده و ضریب کمانش موضعی در این ورق ها محاسبه شده است. با استفاده از نتایج به دست آمده می توان بار های بحرانی این صفحات را یافته و در طراحی ورق های به شکل های مختلف از آن ها استفاده نمود. در بخش دوم این تحقیق، به بررسی پایداری صفحات نازک چهار ضلعی با تکیه گاه ساده، در هر دو محدوده ی رفتار ارتجاعی و غیر ارتجاعی مواد سازنده ی ورق، با استفاده از روش نوار محدود اسپلاین پرداخته می شود. در این روش، روابط کرنش و میدان جابجایی با استفاده از تئوری کیرشهف در صفحات نازک استخراج شده و در محاسبه ی ماتریس های سختی و هندسی ورق به کار برده شده است. ضریب کمانش موضعی این ورق ها تحت اثربار گذاری درون صفحه، به شکل جداولی بر حسب تغییرات خطی ضخامت ورق در طول آن تنظیم شده است.کاهش ضخامت ورق، در مناطقی از آن که تاثیر چشمگیری در مقدار ضریب کمانش نداشته باشد، سبب سبک تر شدن سازه و اقتصادی شدن طرح می شود. از این خاصیت می توان در ساخت بدنه و بال هواپیما و موشک و افزایش کارایی آنها در سرعت های بالا، همچنین در سبک تر ساختن دال های پی و سقف، دریچه ها، دیوار های حائل نازک و عرشه ی پل ها بهره برد

ارتقاء امنیت وب با وف بومی