Postbuckling mechanics in slender steel plates under pure shear: A focus on boundary conditions and load path
Postbuckling mechanics in slender steel plates under pure shear: A focus on boundary conditions and load path
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纯剪切下细长钢板的后屈曲力学：重点关注边界条件和载荷路径
DOI：
10.1016/j.tws.2021.108448
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发表时间：
2021
影响因子：
6.4
通讯作者：
Quiel, Spencer E.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wang, Peter Y.;Masungi, Parfait M.;Garlock, Maria E.M.;Quiel, Spencer E.
用于建筑、桥梁、飞机和船舶的细长钢板在设计中具有可调动的屈曲后抗剪强度。尽管对这一问题进行了一个世纪的研究，但对后屈曲行为的力学（载荷路径和破坏机制）仍未完全了解。适当的边界条件对于有限元模型的力学研究至关重要，目前已有学者提出了几种不同的边界条件。本文采用有限元模型研究了纯剪切作用下细长板的各种边界条件。这些模型以16个实验测试为基准，包括一系列的腹板深度(D)、面板长宽比和腹板长细比。在面板宽高比为1、2和3的情况下，考察了边界条件对腹板边缘正应力和腹板主应力的影响。法兰、加强筋和“面板扩展”（将腹板和法兰延伸到面板两侧加强筋以外的距离/2）用作边界条件（在面板两端具有轴向自由垂直边缘）。分析结果表明，在屈曲后的极限剪切荷载之前，加强筋和法兰在荷载路径中的参与可以忽略不计，而腹板中的压膜应力在弹性屈曲后重新分布并继续增加，在某些区域的速度比屈曲前更快。该研究促进了对屈曲后剪切载荷路径的理解，可用于细长板剪切屈曲的规范开发和性能提高。
Slender steel plates used in buildings, bridges, aircraft, and ships have postbuckling shear strength that is mobilized in design. Despite a century of research on this topic, the mechanics (load path and failure mechanisms) of the postbuckling behavior are still not fully understood. Proper boundary conditions are vital for studying the mechanics in finite element (FE) models, yet several different boundary conditions have been proposed by researchers. This paper uses FE models to examine various boundary conditions on a slender plate under pure shear loading. The models are benchmarked against 16 experimental tests, with a range of web depths (D), panel aspect ratios, and web slenderness ratios. The effects of boundary conditions on the normal stresses on the web plate edges and principal stresses in the web are examined for panel aspect ratios of 1, 2, and 3. The flanges, stiffeners, and “panel extensions” (which extend the web and flange a distanceD/2 beyond the stiffener on either side of the panel) are used as boundary conditions (with axially free vertical edges at the ends of the panel). The analysis results show negligible participation from the stiffeners and flanges in the load path up to the ultimate postbuckling shear load, while compressive membrane stresses in the web are observed to redistribute and continue to increase after elastic buckling, in some regions at a greater rate than before buckling. This study advances the understanding of postbuckling shear load path that can be used in code development and performance enhancements for shear buckling in slender plates.
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