Buckling of Steel Shell Structures
Authors
Knudsen, Kasper ; Thorup, Mads
Term
4. term
Education
Publication year
2016
Abstract
Specialet undersøger knækning af stålskalstrukturer med fokus på to typologier: den cirkulære cylindriske skal og skaller formet som buer. For cylinderen gennemføres både analytiske beregninger og numeriske finite element-analyser (Abaqus) for meridional og cirkumferentiel tryk samt torsion/skær og kombinerede lasttilfælde. Geometriske imperfektioner implementeres ved at anvende en egenform som initialgeometri og skalere denne for at vurdere følsomheden af knækningsspændingen. For bueformede skaller analyseres cirkulære, paraboliske og kædelinjesnit med hensyn til knækning og flydning under indvendigt sug, egenvægt og en linjelast på buens top, inklusive effekten af understøtningstyper. Metodisk anvendes lineær bucklingsanalyse (LBA) samt geometrisk ikke-lineære analyser (GNA/GNIA) og parametervariationer. Resultaterne i uddraget viser, at imperfektioner reducerer knækningsspændingen, og at større imperfektionsamplituder giver lavere kapacitet. Derudover har tværsnitsformen for buer markant indflydelse på knækning, understøtninger kan øge eller reducere spændingerne, og forskellige imperfektionstyper påvirker knækningen forskelligt. Samlet peger studiet på, at valg af geometri, understøtning og håndtering af imperfektioner er afgørende for en effektiv og sikker udformning af stålsaklstrukturer.
This thesis investigates the buckling behavior of steel shell structures with two primary cases: circular cylindrical shells and shells shaped as arches. For the cylinder, both analytical calculations and numerical finite element analyses (Abaqus) are carried out under meridional and circumferential compression, torsion/shear, and combined load cases. Geometric imperfections are introduced by using a buckling eigenmode as the initial geometry and scaling it to assess the sensitivity of the buckling stress. For arch-shaped shells, circular, parabolic, and catenary cross-sections are evaluated with respect to buckling and yielding under internal suction, self-weight, and a line load on the crown, including the influence of different support conditions. The methodology includes linear buckling analysis (LBA), geometric nonlinear analyses (GNA/GNIA), and parameter studies. The excerpted results show that imperfections reduce buckling stress, with larger imperfection amplitudes causing lower capacity. Arch shape strongly affects buckling, supports can increase or decrease stresses, and different imperfection types have distinct effects. Overall, the study highlights that geometry selection, support design, and treatment of imperfections are critical for efficient and safe steel shell design.
[This summary has been generated with the help of AI directly from the project (PDF)]
Documents