BUCKLING OF CIRCULAR CYLINDRICAL SHELLS UNDER WIND LOADING. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Thesis-Mohammad-Alainieh-final copy.pdf Restricted to Repository staff only until 14 May 2027. Download (5MB)

Arabic Abstract

المباني الصدفية الاسطوانية دائرية المقطع غالبا ما تنبعج تحت تأثير قوى الرياح، القوى الشاقولية أو قوى مركبة وذلك بسبب طبيعة هذه المباني و جدرانها الضيقة. الخزانات و الصوامع مثلاً، غالبا ما تبنى في أماكن مفتوحة مما يعرضها لقوى رياح قوية مما يزيد من احتمالية انبعاجها تحت تأثير هذه القوى. الهدف من الدراسة هو دراسة انبعاج هذه المباني تحت قوى الرياح، باعتبار الدراسة خطية و غير خطية. ابتداءً من دراسة تأثير قوى منتظمة خارجية متعمدة على المعادلات و الطرق الموجودة المتوفرة للدراسة إلى الربط بينها و بين قوة الرياح. إضافة إلى ذلك، دراسة انبعاج هذه المباني تحت تأثير الدراسة الغير خطية و الدراسة الغير خطية مع التشوهات. تم اختيار نوعين من التشوهات: أ) تشوهات منتظمة خارجية على سطح المبنى، ب) تشوهات موضعية. بعد الدراسة تبين أنه يمكن عرض نتائج الانبعاج تحت تأثير قوى الرياح رسومياً دون الحاجة لربطها بمعادلة الانبعاج تحت تأثير قوى خارجية منتظمة. النتائج الرسومية توسعت لتشمل نسب مختلفة من الطول/القطر و القطر/سماكة السطح. نتائج التشوهات أظهرت وعلى سعة متشابهة أن التشوهات الموضعية لها تأثير اكبر من التشوهات المنتظمة.

English Abstract

Circular cylindrical shells (CCSs) often buckle under wind pressure, axial load, or their combinations due to their thin-walled design. Tanks and silos, for example, are typically constructed in open areas, which makes them susceptible to high wind pressure, thereby increasing their likelihood of buckling under such loads. This study examines the buckling behavior of CCSs under wind pressure using both linear and nonlinear buckling analyses. Initially, buckling under uniform lateral pressure is examined using available symbolic computational tools, and its relationship with nonuniform wind pressure is explored. In addition, various forms of nonlinear analysis, including linear buckling analysis (LBA), geometric nonlinear analysis (GNA), and geometric nonlinear analysis with imperfections (GNIA), are employed to examine the effects of both nonlinearity and imperfections on the considered shells under wind pressure. Two types of imperfections are addressed: (a) distributed imperfections over the entire surface of the shell and (b) localized imperfections in the form of dents. The results of the linear buckling analyses indicate that the buckling pressure under wind load can be represented graphically without need requiring correlation with a buckling formula for uniform pressure. The charts are provided for a broader range of L/R and R/t ratios. The study revealed that initial geometric imperfections, particularly distributed and dent-type imperfections, significantly reduce the buckling capacity of CCS under wind loading by up to 50% in some cases. In the context of geometric nonlinear analysis (GNIA), imperfections had a much greater influence on buckling pressure than nonlinearity alone. While dent size and location influenced results, the dent’s direction (inward/outward) had a negligible effect.