Elastic imperfect tip-loaded cantilever cylinders of varying length
Elastic imperfect tip-loaded cantilever cylinders of varying length
复制标题
不同长度的弹性不完美尖端加载悬臂圆柱体
DOI：
10.1016/j.ijmecsci.2018.02.027
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发表时间：
2018
影响因子：
7.3
通讯作者：
Wang J
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wang J
最近的一些出版物已经探讨了薄圆柱壳的长度和预屈曲截面椭圆化对弯曲下非线性弹性屈曲能力的影响之间的关键关系。然而，迄今为止的研究似乎几乎完全集中在均匀弯曲上，而在力矩梯度下的卵圆化在很大程度上被忽视了。本文对完美和不完美悬臂圆柱在整体横向剪切作用下的非线性弹性屈曲响应进行了全面的计算研究。研究了一个完整的实际长度范围，从因剪切屈曲而失效的短圆柱体到表现出局部经向压缩屈曲并具有显著的先验截面卵圆化的非常长的圆柱体。根据圆柱体的长度，采用了两种缺陷形式：短圆柱体的线性屈曲特征模态和长圆柱体的实际焊缝凹陷缺陷。焊缝凹陷缺陷被放置在完美圆柱体的横截面在横向剪切下出现卵形峰值的位置，该位置随着长度的增加而接近基础支撑。提出了紧致闭形代数表达式，保守地描述了弹性屈曲和卵化行为，适合直接应用于设计方程。这项研究有助于完成对主要荷载为全局横向剪切的变长度圆柱形结构的理解，包括在加强筋之间具有短单个节段的多条航空航天壳体和在风或地震作用下的长近圆柱形风力涡轮机支撑塔和烟囱。
A number of recent publications have explored the crucial relationship between the length of a thin cylindrical shell and the influence of pre-buckling cross-sectional ovalisation on its nonlinear elastic buckling capacity under bending. However, the research thus far appears to have focused almost exclusively on uniform bending, with ovalisation under moment gradients largely neglected.This paper presents a comprehensive computational investigation into the nonlinear elastic buckling response of perfect and imperfect thin cantilever cylinders under global transverse shear. A complete range of practical lengths was investigated, from short cylinders which fail by shear buckling to very long ones which exhibit local meridional compression buckling with significant prior cross-section ovalisation. Two imperfection forms were applied depending on the length of the cylinder: the linear buckling eigenmode for short cylinders and a realistic weld depression imperfection for long cylinders. The weld depression imperfection was placed at the location where the cross-section of the perfect cylinder was found to undergo peak ovalisation under transverse shear, a location that approaches the base support with increasing length. Compact closed-form algebraic expressions are proposed to characterise the elastic buckling and ovalisation behaviour conservatively, suitable for direct application as design equations.This study contributes to complete the understanding of cylindrical structures of varying length where the dominant load case is global transverse shear, including multi-strake aerospace shells with short individual segments between stiffeners and long near-cylindrical wind-turbine support towers and chimneys under wind or seismic action.
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