KYLMXMUOVATTUJEN PROFIILIEN ANALYSOINTI FINITE...

18
KYLMXMUOVATTUJEN PROFIILIEN ANALYSOINTI FINITE STRIP Timo Bjork Rakenteiden mekaniikka Vol. 20 No 3 1 9 8 7 , s • 3 • •• 2 0 YHTEENVETO: Finite Strip - menetelma (FSM) on yksinkertaistettu versio tavanomaisesta elementtimenetelmasta. FSM soveltuu hyvin kylmamuovattujen profiilien stabiiliuden analysointiin, koska sil - la voidaan arvioida palkin seka globaalista nurjahduskayttaytymis - ta (taso -, vaanto - tai avaruusnurjahdus seka kiepahdus) etta pai - kallisempia ilmioita (paikallinen lommahdus ja vinoutumisnurjah - dus). Menetelmassa palkin poikkileikkaus jaetaan koko palkin pi - tuuden yli ulottuviin kaistoihin, joiden pitkittaissuuntaista kayttaytymista kuvataan siniaallon puolikkaalla. Palkin stabiiliu - den menetys ratkaistaan ominaisarvotehtavana. Menetelman sovellu - tuksia on tarkasteltu esimerkin avulla. JOHDANTO Kylmamuovattujen profiilien mitoituksessa rakenneosan stabiiliu - den varmistamisella on keskeinen merkitys. Mahdollisia vauriomuo - toja on useampia kuin perinteisilla, valssaamalla valmistetuilla tuotteilla. Vauriomuotojen tai niiden yhdistelmien ratkominen ka - sinlaskentana on tyolasta, eika kaikkiin tapauksiin ole edes ole - mas sa valm . iita analyyttisia ratkaisuja. Epalineaarinen FE - menetelma tarjoaa kylla tyokalun edella mainit - tujen ongelmien ratkaisemiseen, mutta se on usein turban monipuo - linen ja siten raskaskayttoinen, kun halutaan selvittaa esimerkik - si eri profiilivaihtoehtojen keskinaista paremmuutta. Jos tehtavana on selvittaa pelkastaan aksiaalisesti kuormitetun rakenteen kapasiteettia, voidaan vaurioitumismuotoa palkin pituus- suunnassa kuvata menestyksellisesti esim. siniaallon osalla. 3

Transcript of KYLMXMUOVATTUJEN PROFIILIEN ANALYSOINTI FINITE...

KYLMXMUOVATTUJEN PROFIILIEN ANALYSOINTI FINITE STRIP -MENETELM~LLX

Timo Bjork Rakenteiden mekaniikka Vol. 20 No 3 1 9 8 7 , s • 3 • •• 2 0

YHTEENVETO: Finite Strip - menetelma (FSM) on yksinkertaistettu versio tavanomaisesta elementtimenetelmasta. FSM soveltuu hyvin kylmamuovattujen profiilien stabiiliuden analysointiin, koska sil ­la voidaan arvioida palkin seka globaalista nurjahduskayttaytymis­ta (taso - , vaanto- tai avaruusnurjahdus seka kiepahdus) etta pai ­kallisempia ilmioita (paikallinen lommahdus ja vinoutumisnurjah­dus). Menetelmassa palkin poikkileikkaus jaetaan koko palkin pi ­tuuden yli ulottuviin kaistoihin, joiden pitkittaissuuntaista kayttaytymista kuvataan siniaallon puolikkaalla. Palkin stabiiliu­den menetys ratkaistaan ominaisarvotehtavana. Menetelman sovellu ­tuksia on tarkasteltu esimerkin avulla.

JOHDANTO

Kylmamuovattujen profiilien mitoituksessa rakenneosan stabiiliu­

den varmistamisella on keskeinen merkitys. Mahdollisia vauriomuo-

toja on useampia kuin perinteisilla, valssaamalla valmistetuilla

tuotteilla. Vauriomuotojen tai niiden yhdistelmien ratkominen ka ­

sinlaskentana on tyolasta, eika kaikkiin tapauksiin ole edes ole­

mas s a valm.iita analyyttisia ratkaisuja.

Epalineaarinen FE - menetelma tarjoaa kylla tyokalun edella mainit ­

tujen ongelmien ratkaisemiseen, mutta se on usein turban monipuo­

linen ja siten raskaskayttoinen, kun halutaan selvittaa esimerkik­

si eri profiilivaihtoehtojen keskinaista paremmuutta.

Jos tehtavana on selvittaa pelkastaan aksiaalisesti kuormitetun

rakenteen kapasiteettia, voidaan vaurioitumismuotoa palkin pituus­

suunnassa kuvata menestyksellisesti esim. siniaallon osalla.

3

4

Palkkia ei tarvitse diskretisoida pituussuunnassa lainkaan, ja ta­

ma merkitsee vapausasteiden lukumaaran huomattavaa pienenemista.

Ongelma voidaan palauttaa ikaankuin tasotapaukseksi, jolloin sau ­

van geometrian mallintamiseen riittaa poikkileikkauksen element ­

teihin jakaminen ja sauvan pituuden ilmoittaminen.Poikkileikkauk­

sen elementti on siten koko sauvan pituuden yli ulottuva kaistale

(strip), jonka ominaisuudet pituussuunnassa ovat analyyttisesti

maaritettyja. Nenetelmalle ei ole viela vakiintunutta suomenkie ­

lista nimea (ehdotus: 'kaistalointimenetelma'), joten tassa yhtey­

dessa kaytetaan alkuperaisnimea 'Finite Strip - menetelma' tai sen

Jyhennetta FSN . Nenetelma on siis puolianalyyttinen ja yksinker­

taistettu versio yleisesta elementtimenetelmasta.

Finite Strip -menetelmaa stabiiliusanalyyseihin ovat kehittaneet

ja soveltaneet mm. Plank ja Wittrick /1/, Graves - Smith, Sridharan,

Gierlinski Benito ja Ashraf /2/ - /8/, Cheung /9/, Hancock /10/ ­

/12/, Nahmoud /13/ seka Schoppach /14/. Epalineaarisia sovelluk­

sia on kasitelty mm. lahteissa /15/ ja /16/ ja menetelmaa on edel ­

leenkehitelty erityissovelluksiin aivan viime aikoina.

TEORIAA

Teoreettiset perusteet on esitetty yksityiskohtaisesti edella mai ­

nituissa viitteissa, kuten /1/, /9/ ja /13/. Jos analysoitavana on

kuvan 1 a mukainen aksiaalisesti puristettu sauva, riittaa kohta ­

laisen tarkkuuden saavuttamiseen b - kohdassa esitetty kaistaleisiin

jako. Paikallisten stabiiliusilmioiden selvittamiseksi myos hoikat

osakentat on jaettava kaistoihin.

Syntyneet suorakaiteen muotoiset kaistaleet oletetaan muodoltaan

virheettomiksi. Kukin kaista voi olla kiinnitetty viereiseen kais ­

taan tai olla vapaareunainen. Kuormitus annetaan solmupisteiden

jannityksina, jolloin sen oletetaan muuttuvan lineaarisesti sol ­

musta toiseen ja vaikuttavan kaistan keskilinjalla.

L

8 A

....-------

a.

Kuva 1. Aksiaalisesti kuormitetun palkin analysointi

a) Koko palkki

b) Yksi kaistale

b.

Sauva tai sen osakenttli menettlili stabiiliutensa siniaallon puolik­

kaan muodossa, ja kuhunkin solmulinjaan sisliltyy neljli vapausas ­

tetta . Kuvan 2 mukaisesti pituusakselin suuntainen siirtymli u nou ­

dattaa kosini-jakaumaa x-akselin suunnassa ja muuttuu lineaarises ­

ti y - akselin suunnassa. Toinen tasosiirtymli v muuttuu sinimuotoi ­

sesti kaistan pituussuunnassa ja lineaarisesti y-akselin suunnas ­

sa . Tason normaalin suuntaisen siirtymlin w oletetaan noudattavan

sinijakaumaa kaistan pituussuunnassa ja kolmannen asteen polynomi ­

jakaumaa tlitli vastaan kohtisuorassa suunnassa.

5

6

L 2

/

L

b

lineaarinen

I~

cosinikiiyrii

(a) pilkiffiiissuu ntaiset lasosiirtymiil

b

(b) poikillaiset tasosiirtymiit

(c) loipuman aiheuttamaf siirtymiil

po/ynomi

Kuva 2. Kaistaleen muotofunktiot /13/

Kaistan mielivaltaisen pisteen siirtymatila {f) voidaan nyt kuvata

solmusiirtymien {6} ja muotofunktioiden [N] avulla seuraavasti

{f) { ~ l • X {N} • {6}• • {N} {6} ( 1)

joss a

{6} ( 2 )

Ve ktorin komponentit ovat kaistan reunan siirtyma- ja kiertymaamp­

litudeja. Siirtymafunktioiden tulee tayttaa kuvassa 1 b esitetyt

yksinkertaisesti tuetun levyn reunaehdot kaistan molemmissa .pais ­

sa. Nama reunaehdot tulevat taytetyiksi maarittamalla solmusiirty­

mat F.ourier- sarjoina seuraavasti 1

u = :E Yn (y) · cos(nrrx/l) n

v = :E Yn (y) · sin(nrrx/l) n (3)

w = :E Ym (y) · sin(mrrx/1) m

Lausekkeessa (3) n ja m ovat puoliaaltojen lukumaaria. Tavallises ­

ti ollaan kiinnostuneita ensimmaisesta ominaismuodosta. Siirtyma­

funktion polynomiosuus maar itetaan siten 1 etta se tayttaa suppe­

nevuusehdosta maaraytyvan vakiovenymavaatimuksen poikittaisessa

(y) suunna s sa . Huotofunktioita kuvaava matriisi on tyyppia Jx81

jossa kolme vastaa siirtymien lukumaaraa ja kahdeksan vastaa yhden

kaistan vapausasteiden lukumaaraa.

Huotofunktioiden maarittamisen jalkeen kaistan siirtymien ja kuor­

mituksen vali s ta yhteytta kuvaava jaykkyysmatriisi voidaan muodos ­

taa normaaliin tapaan joko virtuaalisen tyon tai potentiaaliener­

gian minimin periaatteella.

[Kol [ [B}T [D) [B]dV (")

7

8

Matriisi {B) maarittaa venymien ja siirtymien valisen yhteyden,

eli

~X 4.ll c:ltw d)( -rx1

(E) ty dv J'l.w {B) (6} (5) = = + Z· = dy - d)'l.

fxy du dv d'w -+-2Jy.dy oy c!x

Matriisi {D) on kimmomatriisi, joka on tasotapauksessa muotoa

[D) = (6)

Koko rakenteen jaykkyysmatriisin kokoamiseen tarvitaan vain yksin ­

kertainen tasomuunnos.

Przemieniecki /17/ on esittanyt kaistan geometrisen jaykkyysmat ­

riisin [KG} muodostamisen taipuman aiheuttamille siirtymille (pai ­

kallinen lommahdus). Vakiopaksuiselle kaistaleelle saadaan aksiaa ­

likuormituksessa (kuva lb) seka tasosiirtymia etta taipuman ai ­

heuttamia muodonmuutoksia sisaltavalle ominaismuodolle /9/

{KG} (7)

jossa matriisi [G) maaritetaan venymien ja siirtymien valisesta

yhteydesta

j du dx dv = [G) (6} (8) dx dw dx

\

Geometrinen jaykkyysmatriisi muodostetaan lineaariseen stabiilius­

analyysiin perustuen. Kokonaisjaykkyysmatriisiksi saadaan annetun

kuormituksen moninkertaisarvo lla A·{F}

[K} (9)

Rakenne menettaa stabiiliutensa, mikali sen jaykkyysmatriisin de ­

terminantti saa arvon nolla, eli

( 1 0)

Tama ominaisarvotehtava ratkaistaan esim. Sturm-jonotekniikkaa

kayttaen /18/, ja tuloksena saatava pienin A- arvo vastaa alinta

stabiiliuden menetykseen johtavaa kuormituskerrointa. Stabiiliuden

menetyksen ominaismuoto saadaan skaalaamalla muut siirtymat yksi­

kon suuruisen maksimisiirtyman mukaan kaistaleen keskikohdalla

(x=l/2 ) . Ylempia ominaismuotoja vastaavia . arvoja saadaan niin

paljon kuin rakenteella on potentiaalisia vapausasteita.

FINITE STRIP ANALYi'SIOHJELMA

Ko. mikrotietokoneohjelma perustuu lahteessa /9/ esitettyyn teo­

riaan. Valmiina saatava ohjelma vastaa Finite Strip -menete lman

perusversiota ilman erityispiirteita, ja sen on kehittanyt Hancock

/18/.

Lahtotietojen antaminen esitetaan seuraavan esimerkin kommenttei­

na. Kyseessa on teraksinen haarukkalaakeroitu poikkileikkauksel ­

taan ruukkua muistuttava profiili (kuva 3), jonka puristuskesta­

vyys halutaan selvittaa.

9

10

FINITE STRIP BUCKLING ANAL YSIS Problem name RUUKKU Mode number 1 Length 65 . 00

~~ ·~ @

11

s

\---~-~'1 ..... ~---·j 1l

s

Lappeenranta University of Technology Department of Mechanical Engineering

Kuva 3. Analysoitava profiili

ESIMERKKILASKELMA

•• 11

cr . Stress 130 . 33

Poikkileikkaukseltaan ruukun muotoista profiilia kuormitetaan ta ­

sanjakautuneella aksiaalikuormituksella, jolloin resultantti vai ­

kutt a a automaattisesti poikkileikkauksen painopisteessa . Muuntele~

malla sauvan kokonaispituutta saadaan kuvassa 4 esitetyt stabii ­

liuden menetyksen ominaismuodot Finite Strip PC- ohjelman tuloksis ­

ta.

RUUKKU 210000 210000 0 . 3 0.3 81000 1 9 18 1 20 1 000 1 - 50 1'10 1 1 1 1 1 2 - 40 120 1 1 1 1 1 3 - 50 100 1 1 1 1 1 4 - 60 80 1 1 1 1 1 5 - 70 60 1 1 1 1 1 6 - 60 40 1 1 1 1 1 7 - 50 20 1 1 1 1 1 8 -40 0 1 1 1 1 1 9 -20 0 1 1 1 1 1 10 0 0 1 1 1 1 1 11 20 0 1 1 1 1 1 12 40 0 1 1 1 1 1 13 50 20 1 1 1 1 1 14 60 40 1 1 1 1 1 15 70 60 1 1 1 1 1 16 60 80 1 1 1 1 1 17 50 100 1 1 1 1 1 18 40 120 1 1 1 1 1 19 50 140 1 1 1 1 1

1 1 2 3 2 2 3 3 3 3 4 3 4 4 5 3 5 5 6 3 6 6 7 3 7 7 8 3 8 8 9 3 9 9 10 3

10 10 11 3 11 11 12 3 12 12 13 3 13 13 1'1 3 14 14 15 3 15 15 16 3 16 16 17 3 171718 3 18 18 19 3 . 05 . 06 . 0 7 • 1 . 2 . 3 . 4 . . . 3. 0

ongelman nimi Ex Ey Vx Vy G Ns Ne Nm NJ L

solmunumero koordinaattiarvot x ja y solmun vapausasteet: 6x 6y 6z 6o 0 = estetty 1 vapaa ja v11meisena jannitys ko solmussa + = puristusta

vetoa

elementin numero

solmunumerot

elementin paksuus

pituuske rtoimet (20 kpl)

E kimmokerroin

v Poissonin vakio

G leikkauskimmokerroin

Ns = solmujen lukumaara

Ne= e lementtien lukumaara

Nm= ominaismuotojen Juku

N1 = pituuksi e n lukumaara

L = sauvan peruspituus

Tehtavan kuvaus on siten yksinkertaista, ja sita voisi generointia

kayttaen entisestaan helpottaa.

11

~

N

>:: c: <:: D>

~

~ ., 0 ...,

g .... .... -~ .... ~ .... c ::s ~

c ::::: - -c

0 c :3 V) ~ .... ).... ::s 1- 8 D>

~ Ol .... (n <:: 0 <:: :-q: ::5 D>

......, 0 c: ., 0 ....... " 0 j, -c :>;- ;y 0

Cr. ..., <..:: .,

0 Cb: 0 r+- lr)

0 0 ~

0 0

"' 0 0

"' c ~

0

+ 0

F .. all. Jomm. aaltojen

ikertoja

~ avaruusnurjahdus /27/ \ f=2.5 mm

.voontonurjahdus /2V f =2 .5 mm

vinou tumisnurjahdus avaruusnurjahdus

® 0=80

- tasonurjahdus /27/ t=2.5 mm

.c. b'/t= 25.6 + tVt=32 0 b'/t=40

500 1000 1500 2000 2500 3000

PITUUS (mm)

PAIKALLINEN LOMMAHOUS

V/NOUTUM!SNURJAHOUS

.\ \

I 'I

) < :; \ ,.

VAA.NTONURJAHDUS

Sauvan kriittinen puristusjannitys on laskettu ·kolmella eri levyn­

paksuudella siten, etta hoikin levykentta vaihtelee mittasuhteil ­

taan hoikasta puolikompaktiin kaytannossa kaikilla tavanomaisilla

teraslaaduilla. (Puolikompaktilla tarkoitetaan sellaista yksit ­

taiskentan leveysjpaksuus mittasuhdetta, jolla lommahdus ei alenna

sallittua jannitysta, vaan mitoitus voidaan tehda suoraan myotora­

jan perusteella.)

Kayran ensimmainen laakso edustaa paikallisen lommahduksen omi ­

naismuotoa. Sen sinipuoliaallon puolikkaan pituus on hieman ly­

hyempi kuin hoikimman osakentan leveys. Tama laaksomuoto toistuu

tietysti perusmuodon moninkertana sauvan pituuden kasvaessa. Kay­

tannon laskennan kannalta vain minimiarvo on merkityksellinen,

mutta puolikompaktisuuden johdosta paikallinen lommahdus ei pie -

nenna nyt ideaalista puristuskapasiteettia millaan sauvan pituu-

della, ellei kyseessa ole erityisen luja materiaali.

Toinen

tion)

laakeampi laakso edustaa

ensimmaista siniaallon

vinoutumisnurjahduksen (distor ­

pituuden puolikasta. Aallonpituus

kasvaa profiilin poikkileikkauksen hoikentuessa. Vinoutumisnurjah­

dus on nyt selvasti maaraava, vaikka poikkileikkaus olisi mitoi ­

tettu kompaktiksi . Se ei siis ole tae vinoutumisnurjahduksen eli ­

minoimiseksi. Jos reunajaykisteen jayhyyden riittavyys tarkaste­

taan modifioiduilla Winterin kaavoilla /19/, saadaan

Itarv 2 {9.l·t'* t·b3·cos28j12 (11)

1.83-t4 { [(bl/t)1- 27600/fy}

{

t.3.[ (110jcos28)

b 2

2..-S·t-113 ~(b1 /t) z - 27600/fy}. (cos8)213

( 12)

Myotorajaoletuksella fy = 640 MPa reunalipan pituudelle saadaan

tassa tapauksessa vaatimuksia 19 mm:sta (t = 2mm) 25 mm:iin (t =

Jmm), joten reunalipan mitoittaminen riittavaksi (b 22.4mm = bcr,

kun t =2.5 mm) ei nayttaisi estavan vinoutumisen kriittisyytta

tassa tapauksessa.

13

14

Vinoutumisnurjahduksen maaraama kriittinen puristusjannitys on

talla pituusalueella myos huomattavasti alle taso- , vaanto- tai

avaruusnurjahdusjannitysten. Vinoutumisnurjahduksen toinen pituus ­

suuntainen ominaismuoto antaa suunnilleen saman kuormitettavuuden

kuin ohjelmalla suoraan saatu avaruusnurjahduskapasiteetti. Naiden

kahden ominaismuodon mahdollista interaktiota ei menetelmalla pys ­

tyta selvittamaan.

Pituutta lisattaessa kriittinen puristusjannitys pienenee monoto­

nisesti Eulerin hyperbelin mukaisesti . Kuvassa esitetylla alueella

avaruusnurjahdus on vaantonurjahduspainotteisesti dominoiva. Kay­

rastosta saadaan suuntaviivoja siihen, miten poikkileikkauksen

mittasuhteita tulisi muuttaa tarkasteltavalla pituudella. Tal loin

on kuitenkin otettava huomioon, ettei lommahdusnurjahdus - interak ­

tio eivatka muutkaan eri aallonpituuksilla tapahtuvat interaktiot

ole tuloksissa esilla.

Kriittista puristuskuormaa kuvaavan kayran laaksoalueiden valista

teoreettista kuormitettavuuden lisaantymista ei hyodynneta kaytan ­

nossa. Ominaismuoto on ko. alueilla yleensa sekamuotoinen, jollai ­

nen myos laaksoarvo voi olla .

Jos absoluuttiset asteikot korvataan suhteellisilla asteikoilla

kuvan 5 mukaisesti, tulee ominaiskayrasta monotonisesti laskeva.

Suhteellista hoikkuutta maaritettaessa kriittisena jannitysarvona

kaytetaan sita ominaismuodon jannitysta, jolla stabiliteetin mene­

tys tapahtui.

Vinoutumisnurjahduksen ja vaantonurjahduksen kriittinen puristus ­

jannitys voitaisiin taman esimerkin mukaan maarittaa samalta kay­

ralta. Kayra kulkee nyt pisteen (1,1) kautta, koska paikallinen

lommahdus oli eliminoitu. Yleisessa tapauksessa kayran 'oikaisemi ­

sen' aste saattaa riippua ominaismuodosta, ja tama kimmoplastisen

alueen kriittinen puristusjannitys on varmistettava kokeellisesti.

0,0

RUUKKU

'KIMMOPLASTIN£ N INT£RAKTt0'

A B vinoutumisnurjahdus

+ Bavaruusnurjahdus

Kuva 5. Eri stabiiliusilmioiden maaraama suhteellinen kriittinen

jannitys suhteellisen hoikkuuden funktiona

Bornscheuer /20/ on esittanyt samantyylista menetelmaa, jossa suh­

teellista hoikkuutta redusoidaan vauriomuodosta (nurjahdus, Jom ­

mahdus tai kuorilommahdus) riippuvalla vakiokertoimella. Kuormi ­

tettavuus voidaan maarittaa taman jalkeen yhta ainoaa 'stabiilius ­

kayraa' kayttaen. Taman asian yleistaminen eri stabiiliuden mene ­

tysmuotoihin kaikilla parametrivaihtoehdoilla vaatisi lisaselvi ­

tyksia.

15

16

YHTEENVETO HENETELHAN SOVELTAHISESTA

Seuraavaan luetteloon on koottu tiivistetysti menetelman perusomi ­

naisuuksia ja kayttokokemuksia:

1. Yleista . Menet e lmalla voidaan ar vioida ideaalisen suoran sauvan

stabiiliutta annetulla aksiaalikuormituksella.

2. Poikkileikkaus.

kaistan on oltava

Sauvan on oltava prismaattinen,

paksuudeltaan vakio. Poikkileikkaus

ja kunkin

voi olla

muodoltaan mielivaltainen (avoin, kotelomainen tai naiden yhdis ­

telma), kunhan se on suorista tahkoista koostuva.

3. Reunaehdot. Reunaehdot ovat symmetriset palkin molemmissa

paissa. Globaalisesti

on

tuenta vastaa nivelta, jonka kiertyminen

estetty, mutta jonka siirtyma on vapaa pituusakselin ympari

(ainakin osittain) sauvan pituusakselin suunnassa. Yksittaisen

osakentan reunaehto vastaa yhteensopivuusehdot tayttavaa niveltu­

kea. Sauvan paa on siten vapaa kayristymaan.

Palkin pituussuunnassa kukin solmulinja voi olla vapaa tai tuettu

minka tahansa neljan vapausasteen subteen. Tama mahdollistaa mm.

sidottujen nurjahdusten ja kiepahdusten (paatymomenttien kuormit ­

tama palkki) laskennan seka vertailulaskelmia eri ominaismuodoil ­

le, jotka muuten saataisiin vasta korkeimmilla kertaluvuilla. Pa ­

kotetun kiertokeskion on sijaittava kuitenkin profiilin piirilla,

mika estaa ohjattujen kiepahdusten ja nurjahdusten laskennan. Ho ­

nimutkaistenkaan profiilien symmetrisyysominaisuuksia ei kannata

hyodyntaa mallin yksinkertaistamiseksi, koska kriittisia ominais ­

muotoja voi jaada silloin pois.

4. Kuormitus. Kuormitus on symmetrinen palkin molemmissa paissa,

eika poikittaisia kuormituksia voida ottaa huomioon. Kuormitusja ­

kaumalla voidaan jaljitella keskeisesti tai epakeskeiskeisesti

puristetun seka kiepahtavan sauvan kuormitustilannetta ( ennen sta ­

biiliuden menetysta). Esi- ja jaannosjannitysten vaikutus voidaan

ottaa huomioon maarittamalla niiden suhde kriittiseen kuormituk ­

seen iteroimalla ja superponoimalla ne sitten ulkoiseksi kuormaksi

(vaikka superpositioperia ate ei ol e kaan jaannosjannitysten yhdis ­

tamisessa voimassa). Pakkosiirtymat ovat teoriassa mahdollisia

kuormitustapauksia, mutta yksinkertaisimmissa analyysiversioissa

niita ei ole mukana.

5. Tulosten kasittely. Nenetelma antaa tulokseksi sen kuormitus ­

kertoimen arvon, jolla kerrottuna annettu kuormitus tulee kriitti­

seksi. Jannityksina annettava kuormitus kannattaa valita esim.

myotorajan tai yksikon suuruiseksi tulosten havainnollistamiseksi.

Annettu sauvanpituus vastaa syntyvaa puoliaallon pituutta. Siten

todellisia rakenteita analysoitaessa on laskettava myos joukko ly­

hyempia sauvan pituuksia selvittamaan, onko paikallisten ilmioi­

den aallonpituuksien monikertaa vastaava kriittinen jannitys maa­

raavampi myos tutkittavalla pituudella. Nenetelma ei siis ota huo­

mioon eri aallonpituudella tapahtuvien ilmioiden interaktiota, ku ­

ten lommahdusnurjahdusta. Sen sijaan menetelma ottaa huomioon an­

netulla aallonpituudella syntyvien ominaismuotojen keskinaisen in­

teraktion.

Nenetelma soveltuu pitkien palkkien keskiosassa tapahtuvien

paikallisten ilmioiden analysointiin, vaikka palkki ei olisikaan

paistaan nivelellisesti tuettu. Tama edellyttaa kuitenkin, etta

puoliaaltoja on pituussuunnassa vahintaan kolme.

Nenetelma ei ota huomioon suurten siirtymien vaikutusta kantoky­

kyyn. Nyoskaan ylikrii tt isella al ueell a rasi tusten uudell enjakau­

tumisen seurauksena syntyvaa kantokyvyn lisaantymista ei voida

selvittaa. Saatu kriittinen kuormitus edustaa teoreettista bifur­

kaatio-arvoa, joten suunnittelussa kaytettavan kantokyvyn laskemi ­

seksi tulosta on redusoitava normien ohjeiden mukaan kuten perin­

teisia Euler-kuormiakin.

17

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8 .

18

LAHDELUETTELO

Plank R. & Wittrick W., Buckling under combined loading

of thin , flat-walled structures by complex finite strip

method. International journal for numerical methods in

engineering, vol. 8, 1974.

Graves - Smith T. & Sridharan S., A finite strip method for

the buckling of plate structures under arbitrary loading.

International journal of mechanical science, vol. 20,

1978

Graves-Smith T. & Shidharan S., A finite strip method for

the post - locally buckled analysis of plated structures.

International journal of mechanical science, vol. 20,

1978

Shidharan S. & Graves - Smith T., Postbuckling analyses

with finite strips. Journal of the engineering mechanics

division, ASCE, vol. 107, No. EH5, October, 1981.

Shidharan S., A finite strip analysis of locally buckled

plate structures subject to nonuniform compression.

Engineering structures, vol. 4, October, 1982.

Graves - Smith T. & Gierlinski J., Buckling of stiffened

webs by local ·edge loads. Journal of structural division,

ASCE, vol. 108, No. ST6, June, 1982.

Shidharan S. & Ashraf A., Iterative buckling in thin ­

walled beam- columns. Journal of engineering mechanics,

ASCE vol. 111, No. 12, December, 1985.

Benito R. & Shidharan S., Interactive buckling analysis

with finite strips. International journal for numerical

methods in engineering, vol. 21, 1985.

9. Cheung Y., Finite strip method in structural analysis.

Pergamon Press, 1976.

10. Hancock G., Local, distortional, and lateral buckling of

! - beams. Journal of structura l division , ASCE, vol . 104 ,

No. ST11, November, 1978.

11. Hancock G., Structural buckling and vibration analyses on

microcomputers. Civil engineering transactions, vol.

CE26, No . 4, November, 1984.

12. Hancock G., Distortion buckling of steel storage rack

columns. Journal of structural engineering, ASCE, vol.

111, No. 12, December, 1985.

13 . Mahmoud N. , Inelastic stability of plate structures using

the finite strip method. Department of civil and

structural engineering, University of Sheffield. January

1981.

14. Schoppach A., Eine

Knicken und Beulen

Hille der Methode

Untersuchung zum gleichzeitigen

dilnnwandiger prismatischer Stabe mit

der finiten Streifen. VDI - Zeitsch-

r iften, VDI - Verlag, Duisburg, 1983.

15 . Hancock G. , Nonlinear analysis of thin sections in

compression. University of Sydney, School of civil engi­

neering, Research report R355, November 1979 .

16. Gierlinski J. & Graves - Smith T., The g eometric nonlinear

analys i s of thin - walled structures by finite strips.

Thin -walled structures 2, 1984.

17. Przemieniecki J. , Matrix analysis of local instability in

plates, s tiffened panels and columns. International

journal for numerical methods in engineering, vol. 5,

1972.

19

20

18. Hancock G., User's manual for program BFINST5 finite

strip buckling anlysis of thin-walled sections. The

University of Sydney. June 1986.

19. Yu W-W., Cold formed steel design, John Wiley & Sons. N&w

York 1985.

20. Bornscheur

gedruckte

B., Einheitliches

Schalen, Platten und

Bemessungskonzept fUr

Stabe aus Baustahl.

Forschungsberichte 19. Institut fur Tragkonstruktionen

und konstruktivisches Entwurf. Universitat Stuttgart.

1984

Timo Bjork, dipl.ins., Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu, koneenrakennusosasto