تحلیل عددی و تجربی کمانش نیم‌کره فلزی تحت فشار خارجی یکنواخت ساخته شده به روش شکل‌دهی چرخشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک ، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

پوسته کروی به دلیل مقاومت به کمانش بالا، یک هندسه ایده آل برای استفاده در مخازن تحت فشار یکنواخت خارجی است. فشار فرو ریزش این گونه سازه‌ها به دلیل حساسیت زیاد به نواقص ساخت و تنش تسلیم ماده بسیار کمتر از مقدار تئوری آن می‌باشد. از آنجایی که شکل نقص وابسته به روش ساخت پوسته دارد، بنابراین لازم است تاثیر روش ساخت بر فشار فروریزش بررسی شود. این مقاله بر مطالعه تجربی و عددی کمانش پوسته نیم کروی ساخته شده به روش شکل‌دهی چرخشی متمرکز شده است. مهمترین مشکل این روش شکل دهی عدم کنترل بر ضخامت است. در مقابل، در این روش نواقص آن به صورت متقارن محوری است که از مزایای این روش شکل‌دهی به شمار می‌آید. در این مقاله تحلیل کمانش ناشی از تغییرات قطر و تحلیل کمانش ناشی از تغییرات ضخامت به صورت مجزا و همزمان، انجام شده است. نشان داده شده است که تغییرات ضخامت در شکل‌دهی چرخشی در تحلیل فرو ریزش پوسته‌ها باید در نظر گرفته شود. همچنین به کمک مقایسه نتایج عددی و تجربی نشان داده شده به کمک المان‌های حجمی مرتبه 2، تغییرات ضخامت و شرایط مرزی با قابلیت اعتماد بالاتری نسبت به المان پوسته قابل اعمال است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical and experimental analysis of buckling of hemisphere shell made by spinning forming method subjected to uniform external pressure

نویسندگان [English]

  • Seyed Hossein Dibajian 1
  • Mohamad Gandomkar 2
  • pedram safarpour 1
1 شهید بهشتی-مهندسی مکانیک و انرژی
2 Applied Design Department, Faculty of Mechanical Engineering, Malek Ashtar University of Technology, Iran.
چکیده [English]

The spherical shell is an ideal geometry for use in pressure vessels under uniform external pressure. The collapse pressure of these types of shells is much lower than its theoretical value due to the high sensitivity to imperfections and the yield stress of the material. Since the imperfections depend on the sheet metal forming method, it is necessary to investigate the effect of the fabrication method on the collapse pressure. This article is focused on the experimental and numerical study of the buckling of hemispherical shells made by the spinning forming method. The most important problem of this method is the lack of control over the thickness. In this method, the imperfections are axially symmetrical, which is one of the advantages of this method.  In this article, buckling analysis due to both diameter and thickness variations is done separately and simultaneously. It has been shown that thickness variations in rotational forming should be considered in the analysis of shell collapse. Also, by comparing the numerical and experimental results shown with the help of quadratic volume elements, thickness changes, and boundary conditions can be applied with higher reliability compared to the shell element.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hemisphere
  • Buckling
  • Collapse
  • Post Buckling
  • Spinning Forming

مراجع

[1] D.O. Brush, B.O. Almroth, J. Hutchinson, Buckling of bars, plates, and shells,  (1975).
[2] R. Zoelly, Ueber ein Knickungsproblem an der Kugelschale, Buchdr. Zürcher & Furrer, 1915.
[3] N. Huang, G. Funk, Inelastic buckling of a deep spherical shell subject to external pressure, AIAA Journal, 12(7) (1974) 914-920.
[4] J. Błachut, G. Galletly, Buckling strength of imperfect steel hemispheres, Thin-walled structures, 23(1-4) (1995) 1-20.
[5] C. Schoof, L. Goland, D. Lo, Pressurized rescue module system hull and transfer skirt design and experimental validation, in:  OCEANS 2007, IEEE, 2007, pp. 1-8.
[6] J. Błachut, Buckling of multilayered metal domes, Thin-walled structures, 47(12) (2009) 1429-1438.
[7] B. Pan, W. Cui, Y. Shen, T. Liu, Further study on the ultimate strength analysis of spherical pressure hulls, Marine structures, 23(4) (2010) 444-461.
[8] B. Pan, W. Cui, An overview of buckling and ultimate strength of spherical pressure hull under external pressure, Marine Structures, 23(3) (2010) 227-240.
[9] B. Pan, W. Cui, Y. Shen, Experimental verification of the new ultimate strength equation of spherical pressure hulls, Marine structures, 29(1) (2012) 169-176.
[10] M. Zhang, W. Tang, F. Wang, J. Zhang, W. Cui, Y. Chen, Buckling of bi-segment spherical shells under hydrostatic external pressure, Thin-Walled Structures, 120 (2017) 1-8.
[11] S. Pranesh, D. Kumar, V.A. Subramanian, D. Sathianarayanan, G. Ramadass, Non-linear buckling analysis of imperfect thin spherical pressure hull for manned submersible, Journal of Ocean Engineering and Science, 2(4) (2017) 293-300.
[12] C.-L. Yu, Z.-T. Chen, C. Chen, Y.-t. Chen, Influence of initial imperfections on ultimate strength of spherical shells, International journal of naval architecture and ocean engineering, 9(5) (2017) 473-483.
[13] J. Zhang, M. Zhang, W. Tang, W. Wang, M. Wang, Buckling of spherical shells subjected to external pressure: A comparison of experimental and theoretical data, Thin-Walled Structures, 111 (2017) 58-64.
[14] G.-M. Luo, Y.-C. Hsu, Nonlinear buckling strength of out-of-roundness pressure hull, Thin-Walled Structures, 130 (2018) 424-434.
[15] J. Zhang, M. Zhang, W. Cui, W. Tang, F. Wang, B. Pan, Elastic-plastic buckling of deep sea spherical pressure hulls, Marine Structures, 57 (2018) 38-51.
[16] J.R. Davis, A.I.H. Committee, Metals Handbook Desk Edition 2nd Edition, Taylor & Francis, 1998.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 55، شماره 6
شهریور 1402
صفحه 759-772

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار