Efficient application of today's computation technology in the stability analysis of thin-walled structures  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
62970
Type K
Principal investigator Ádány, Sándor
Title in Hungarian A korszerű számítástechnikai eszközök hatékony alkalmazása vékonyfalú rúdszerkezetek stabilitási vizsgálataiban
Title in English Efficient application of today's computation technology in the stability analysis of thin-walled structures
Keywords in Hungarian vékonyfalú szerkezet, stabilitási problémák
Keywords in English thin-walled structures, stability problems
Discipline
Technical Mechanics (Council of Physical Sciences)100 %
Panel Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent Department of Structural Mechanics (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Gulyás, Csaba
Joó, Attila László
Starting date 2006-02-01
Closing date 2009-01-31
Funding (in million HUF) 7.413
FTE (full time equivalent) 1.41
state closed project
Summary in Hungarian
Az elmúlt évek számítástechnikai fejlődése lehetőséget teremtett nagy számításigényű szerkezeti modellek vizsgálatára (pl. sok szabadságfokú rendszerek sajátértékeinek és sajátalakjainak meghatározására). Mindeközben a tervezést támogató szabványos módszerek csak részlegesen tartottak lépést a számítástechnikai fejlődéssel, ami azt a furcsa helyzetet eredményezi, hogy a korszerű számítástechnikai eszközöket is alkalmazó méretezési eljárások nem feltétlenül vezetnek pontosabb eredményre (és ezáltal biztonságosabb/gazdaságosabb szerkezetekre), mint a hagyományos, kézi számításon alapuló módszerek.
Jelen kutatás a vékonyfalú szerkezetek stabilitásvizsgálatainak területén kíván előre lépést hozni egy olyan numerikus eljárás kifejlesztésével, amely lehetővé teszi az alapvető stabilitásvesztési módok elkülönítését. A számítási mód közvetlen haszna, hogy általa a jelenlegi méretezési eljárások alkalmazása nagymértékben objektívebbé és könnyebbé válik. Továbbá, távolabbi felhasználásként, megnyílik az út korszerűbb, pontosabb méretezési eljárások kifejlesztése előtt.
Summary
Due to the recent development in computational technology, today it is possible to solve computationally demanding structural models (e.g. to calculate eigen-values and eigen-shapes of large systems). Meanwhile the design methods that should support everyday engineering work only partially followed the development of computer technology, which led to the strange situation that design methods which applies modern computation technology do not necessarily yield to more accurate results (consequently: to safer/more economical structures) than those based on traditional hand-calculation methods.
The aim of the current research project is to complete an important step toward the more efficient utilization of the already existing computational possibilities in the area of stability problems of thin-walled structures, by developing a numerical method which is able to the automatical decomposition of instability modes. In this way, as an immediate benefit, the application of existing design methods will become simpler and more accurate. Moreover, in longer term, the new calculation method opens the door to develop more precise design methods.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Javaslatot tettünk vékonyfalú szelvények stabilitásvesztési módjainak új, mechanikai alapon történő definiálásra. Kidolgoztuk a cFSM (constrained Finite Strip Method) eljárást. A cFSM-mel tetszőleges nyitott keresztmetszetű két-csuklós prizmatikus rúd rugalmas stabilitásvizsgálata elvégezhető: tetszőleges tiszta vagy interakciós módhoz tartozó kritikus erő/nyomaték számítható. Megmutattuk, hogy a cFSM alkalmas tetszőleges végessávos sajátalak mód-identifikációjára, azaz számszerűsíthető a stabilitásvesztési típusok jelenléte egy adott stabilitásvesztési módban. Javaslatot tettünk az identifikációhoz szükséges ortonormálás opcióira. A cFSM módszert összehasonlítottuk a GBT (Generalized Beam Theory) módszerrel, rámutattunk a lényeges hasonlóságokra és különbségekre. Kidolgoztunk egy eljárást, melynek segítségével végeselemes módszerrel meghatározott sajátalakok mód-identifikációja is elvégezhető közelítően. Analitikus megoldottuk síkbeli és tisztán elcsavarodó kihajláshoz tartozó kritikus erő számítását, a rudat felületelemekkel modellezve, a lemez- és tárcsaelmélet feltevéseit használva. A megoldás magyarázatot ad a cFSM és más módszerek között a kihajlási/kifordulási kritikus értékben adódó különbségekre. Paraméteres vizsgálatokat hajtottunk végre a cFSM és a fél-analitikus végessávos módszer (VSM) közötti eltérésekre. Vizsgáltuk a VSM-be jelentkező interakció hatását, valamint a hidegen hengerelt szelvények esetén jelenlévő saroklekerekítések hatását.
Results in English
We have proposed new, mechanics-based definitions for the various buckling types of thin-walled members. We have worked out the constrained Finte Stip Method (cFSM). cFSM is able to perform elastic stability analysis for uniform two-hinged members with arbitrary thin-walled cross-section: critical force/moment can be calculated to any clear or interacted buckling modes. We have shown that cFSM is able to identify arbitrary buckling mode calculated by a regular finite strip analysis, i.e., to determine the contribution of the buckling types to a given buckled shape. Options have been proposed for the orthonormalization, necessary for the identification. We have compared cFSM and the Generalized Beam Theory, important similarities and differences have been identified. We have proposed an approximate method for the identification of buckling modes calculated by finite element method. We have given analytical solution for the critical force to flexural and pure torsional buckling of columns. The solution is based on shell model in which the member is modelled by surface elements. The solution explains the differences of critical forces/moments for global member buckling, calculated by cFSM and other methods. We have performed parametric studies to analyze the differences between cFSM and semi-analytical finite strip method (FSM). We have investigated the interaction effect in FSM, as well as the effect of rounded corners typical for cold-formed members.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=62970
Decision
Yes





 

List of publications

  
Ádány, S., Schafer, B.W.: Buckling mode decomposition of single-branched open cross-section members via Finite Strip Method: derivation, Thin-Walled Structures, 44(5), pp. 563-584, 2006
Ádány, S., Schafer, B.W.: Buckling mode decomposition of single-branched open cross-section members via Finite Strip Method: application and examples, Thin-Walled Structures, 44(5), pp. 585-600, 2006
Ádány, S., Silvestre, N., Schafer, B.W., Camotim, D.: Buckling Analysis of Unbranched Thin-Walled Columns: Generalised Beam Theory vs. Constrained Finite Strip Method, Proceedings of the III European Conference on Computational Mechanics (ECCM 2006), June 5-8, 2006, Lisbon, Portugal. (available on CD-ROM), 2006
Ádány, S.: Flexural buckling of thin-walled columns: discussion on the definition and calculation, Proceedings of International Colloquium on Stability and Ductility of Steel Structures, Sept 6-8, 2006, Lisbon, Portugal, pp. 249-258., 2006
Ádány S., Joó A. L., Schafer B.W.: Approximate identification of the buckling modes of thin-walled columns by using the cFSM modal base functions, Proceedings of International Colloquium on Stability and Ductility of Steel Structures, Sept 6-8, 2006, Lisbon, Portugal, pp. 197-204., 2006
Schafer B.W., Ádány S.: Modal decomposition for thin-walled member stability using the finite strip method, Proceedings of the Conference on Advances in Engineering Structures, Mechanics and Construction, May 14-17, 2006, Waterloo, Canada., 2006
Ádány S., Silvestre N., Schafer B.W., Camotim D.: Buckling analysis of unbranched thin-walled members using cFSM and GBT: a comparative study, Proceedings of International Colloquium on Stability and Ductility of Steel Structures, Sept 6-8, 2006, Lisbon, Portugal, pp. 205-212., 2006
Ádány, S., Schafer, B.W.: Uncertainties in the definition of buckling of thin-walled members, Proceedings of the IABSE Symposium on Responding to Tomorrow’s Challenges in Structural Engineering, Budapest, Hungary, Sept 13-15, 2006. (on CD-ROM), 2006
Schafer B.W., Ádány S.: Buckling analysis of cold-formed steel members using CUFSM: conventional and constrained finite strip methods, Proceedings of 18th International Specialty Conference on Cold-Formed Steel Structures, October 26-28, 2006, Orlando, USA, pp. 39-54., 2006
Ádány S., Schafer B.W.: A full modal decomposition of thin-walled, single-branched open cross-section members via the constrained finite strip method, Journal of Constructional Steel Research, 64 (1), pp. 12-29., 2008
Ádány, S., Silvestre, N., Schafer, B.W., Camotim, D.: On the Identification and Characterisation of Local, Distortional and Global Buckling Modes in Thin-Walled Members Using the cFSM and GBT Approaches, Proceedings of the 6th International Conference on Steel and Aluminium Structures (ICSAS 2007), July 24-27, 2007, Oxford, UK, pp. 760-767., 2007
Ádány, S., Beregszászi, Z.: Local and Distortional Buckling of Thin-Walled Members: Numerical Study to Compare Conventional and Constrained Finite Strip Method, Fifth International Conference on Thin-Walled Structures (ICTWS 2008), Brisbane, Australia, June 18-20, 2008, pp. 1121-1128. (in Vol 2), 2008
Ádány, S.: Torsional Buckling of Thin-Walled Columns: Analytical Solution Based on Shell Model, Fifth International Conference on Thin-Walled Structures (ICTWS 2008), Brisbane, Australia, June 18-20, 2008, pp. 1113-1120. (in Vol 2), 2008
Ádány, S.: Vékonyfalú nyomott rudak kihajlása – analitikus megoldás a kritikus erőre héjmodell alapján, 10. Magyar Mechanikai Konferencia (MAMEK 2007), Miskolc, 2007. aug. 27-29., 2007
Joó, A. L., Ádány, S: Vékonyfalú nyomott oszlopok végeselemes stabilitásvesztési alakjainak osztályozása végessávos bázisfüggvények segítségével, 10. Magyar Mechanikai Konferencia (MAMEK 2007), Miskolc, 2007. aug. 27-29., 2007
Beregszászi, Z., Ádány, S.: Vékonyfalú rudak torzulási horpadása – a tiszta és interakciós módok elemzése paraméteres vizsgálattal, 10. Magyar Mechanikai Konferencia (MAMEK 2007), Miskolc, 2007. aug. 27-29., 2007
Ádány, S., Silvestre, N., Schafer, B.W., Camotim, D.: Buckling mode identification of thin-walled members: a comparison between cFSM and GBT approaches, Proceedings of the Fifth International Conference on Coupled Instabilities in Metal Structures (CIMS 2008), June 23-25, 2008, Sydney, Australia, pp. 249-256., 2008
Ádány S., Joó A. L., Schafer B.W.: Identification of FEM buckling modes of thin-walled columns by using cFSM base functions, Proceedings of the Fifth International Conference on Coupled Instabilities in Metal Structures (CIMS 2008), June 23-25, 2008, Sydney, Australia, pp. 265-272., 2008
Ádány, S., Beregszászi, Z.: The Effect of Mode Coupling on the Design Buckling Resistance of Cold-Formed Members Calculated via the Direct Strength Method, Proceedings of the Eurosteel 2008 Conference (Eurosteel 2008), Sept 3-5, 2008, Graz, Austria, pp. 117-122. (in Vol A), 2008
Beregszászi, Z., Ádány, S.: The effect of rounded corners of cold-formed steel members in the buckling analysis via the direct strength method, The Twelfth Int. Conf. on Civil, Struct. and Env. Engineerng Computing, Madeira, Portugal, Sept 1-4, 2009. (absztrakt elfogadva, cikk: 2009 április), 2009
Ádány, S., Joó, A.L., Visy, D.: On the calculation of the critical moment to lateral-torsional buckling of beams: comparison of various methods, The Twelfth Int. Conf. on Civil, Struct. and Env. Engineerng Computing, Madeira, Portugal, Sept 1-4, 2009. (absztrakt elfogadva, cikk: 2009 április), 2009
Silvestre N., Ádány S., Camotim D., Schafer B.W.: Comparing the matrix procedures between GBT and cFSM: from different roots to similar solution, 7th EUROMECH Solid Mechanics Conference (ESMC 2009), Lisbon, Portugal, Sept 7-11, 2009. (absztrakt elfogadva), 2009
Schafer, B.W., Ádány, S.: Orthogonalization and Normalization in the context of Modal Decomposition and Identification of Thin-Walled Members via the Constrained Finite Strip Method, The Inaugural International Conference of the Engineering Mechanics Institute, May 18-21, 2008, Minneapolis, USA., 2008
Ádány, S., Silvestre, N., Schafer, B.W., Camotim, D.: GBT and cFSM: two modal approaches to the buckling analysis of unbranched thin-walled members, Int. Journal Advanced Steel Construction, (cikk benyújtva, elfogadva, megjelenik: 2009 június), 2009
Joó A. L., Ádány S.: FEM-based approach for the stability design of thin-walled members by using cFSM base functions, Periodica Politechnica Civil Engineering, 2009



Back »