ENERGY-BASED SOLUTION FOR THE BUCKLING OF CFRP STIFFENED STAINLESS STEEL CYLINDRICAL SHELLS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF M.Sc._Thesis-Osamah_Dehwah-201192190.pdf Download (5MB) | Preview

Arabic Abstract

تستخدم المنشآت القشرية على نطاق واسع في العديد من التخصصات مثل الهندسة المدنية والميكانيكية والهندسة الفضائية. وعلى سبيل المثال يهتم المهندسون الانشائيون بالمنشأت الاسطوانية القشرية والمصنوعة من الحديد عند تحليل وتصميم الخزانات والصوامع وخطوط الأنابيب. وتعتبر المنشآت الاسطوانية القشرية تحت الضغط المحوري من أكثر التطبيقات الانشائية شيوعًا. حيث تعتمد قدرة تحمل المنشآت الاسطوانية القشرية والمعرضة للضغط على قدرة التحمل للانبعاج والذي يعتبر السبب الرئيسي في فشل المنشآت الاسطوانية القشرية. نفذت العديد من الدراسات لتحديد مقدار حمل الانبعاج لكلا من المنشآت الاسطوانية القشرية المقواة وغير المقواة. ومع ذلك ، فإن معظم هذه الدراسات إما أن تستند إلى دراسات تجريبية أو عددية. حيث يقتصر توفر الحلول التحليلية على الحالات البسيطة. وتتميز الحلول التحليلية بكونها أكثر ملاءمة لاستخدامات التصميم والتحسين الامثل في المنشآت. يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ (Stainless Steel) مؤخرا في المنشآت بسبب مقاومتها الممتازة للتآكل ومظهرها الجمالي، حيث يمكن تحسين خصائص المنشأت القشرية باستخدام اللدائن المقواة بألياف كربونية (CFRP). وعموما فأن استخدام اللدائن المقواة بألياف كربونية يكون بغرض تحسين قوة وخصائص المنشآت القشرية وذلك من خلال زيادة التدعيم والحصر وبالتالي تأخير او منع الانبعاج. يؤكد هذا البحث على استخدام اللدائن المقواة بألياف كربونية (CFRP) على المنشآت الاسطوانية القشرية لتلافي الانبعاج المحلي. حيث أن الهدف هو الدراسة والاشتقاق التحليلي لحمل الانبعاج للمنشآت الاسطوانية القشرية غير المقواة والمقواة بCFRP وذلك باستخدام الطرق القائمة على مبدء الطاقة. تم التحقق من النتائج الذي تم الحصول عليها باستخدام طريقة العناصر المتناهية (FEM). وقد وجد أن طريقة ريتز المقترحة تقدم حلاً بديلاً تحليليًا ممتازًا لانبعاج المنشآت القشرية غير المقواة والمقواة. تم التحقق من دقة جميع الصيغ التحليلية المشتقة مع تلك الموجودة في الابحاث السابقة (عند توفرها) وكذلك بواسطة طريقة العناصر المتناهية (FEM). أدى استخدام برنامج ماثيماتكا (Wolfram Mathematica) إلى تقليل الجهد المبذول في صياغة الحسابات التفصيلية وتنفيذها وتحقيق الصيغ التحليلية الأكثر ملاءمة لأغراض التصميم.

English Abstract

Shell structures are widely used in numerous disciplines such as civil, mechanical and aerospace engineering. In particular, structural engineers are concerned with steel cylindrical shells when dealing with the analysis and design of tanks, silos and pipelines to mention a few. Cylindrical shells under axial compression are considered as one of the most common structural applications. The capacity of a cylindrical shell subjected to compressive loads is usually dominated by its buckling behavior which is the most common mode of failure in cylindrical shell structures. Tremendous investigations have been conducted to determine the buckling load for both stiffened and unstiffened cylindrical shells. However, most of these investigations are either based on experimental or numerical studies. The availability of analytical solutions is limited to simple cases. Analytical solutions have the advantage of dealing with closed-form or series type solutions that are more convenient for the design and optimization purposes. Stainless steel tubes are recently used in structures due to their excellent resistance to corrosion and aesthetic appearance. Also, their properties can be improved by using stiffeners such as CFRP. Generally, CFRP jacketing is utilized to enhance the strength of the tubes by increasing the confinement effect, and consequently delay or prevent local buckling. This research emphasizes on the utilization of CFRP jacketing on thin cylindrical shells against local buckling. The objective is to study and derive analytically the buckling load of unstiffened and CFRP stiffened cylindrical shells based on energy methods. The obtained results are verified using finite element method. It was found that the proposed Ritz method offers an excellent alternative analytical solution to the buckling of unstiffened and stiffened shells. The accuracy of all derived analytical formulas was verified with the ones in the literature (whenever available) as well as by FEM. The use of Mathematica greatly reduced the effort of formulating and performing the detailed computations and achieving analytical formulas that are more suitable for design purposes.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering > Structural Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Al-Gahtani, Husain
Committee Members:	Sharif, Alfarabi and Al-Osta, Mohammed
Depositing User:	OSAMAH DEHWAH (g201192190)
Date Deposited:	30 Dec 2018 10:42
Last Modified:	30 Dec 2020 13:33
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140838