Μελέτη της μεταλυγισμικής συμπεριφοράς ενισχυμένων ελασμάτων και πρισματικών φορέων με χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων

Πρόφης, Βασίλειος

Study of the post-buckling behavior of stiffened plates and prismatic vectors using the finite element method

Διπλωματική εργασία

Author

Πρόφης, Βασίλειος

Date

2021-10-14

Advisor

Θεοδουλίδης, Αλέξανδρος

Διπλωματική εργασία (10.03Mb)

Keywords

ANSYS FEM ; Ενισχυμένα ελάσματα ; Διαμήκη ενισχυτικά ; Πεπερασμένα στοιχεία ; Λυγισμός πρισματικών φορέων ; Αντοχή πλοίου ; Λυγισμός κατά Euler ; Κρίσιμο φορτίο λυγισμού ; Γραμμικός λυγισμός ; Μη-γραμμικός λυγισμός ; Μη-γραμμικότητα υλικού και γεωμετρίας ; Μεταλυγισμική συμπεριφορά ; Εγκάρσιο και διάμηκες σύστημα ενίσχυσης

Abstract

Η επιστήμη της Αντοχής των Υλικών βρίσκει εφαρμογή σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών της καθημερινότητά μας. Ασχολείται κυρίως με προβλήματα που έχουν ως στόχο την ανάλυση δυνάμεων των κατασκευών και μηχανισμών που υπόκεινται σε αξονικά ή έκκεντρα φορτία (θλιπτικά και εφελκυστικά ) , κατανεμημένες φορτίσεις ( βάρος μεταλλικής κατασκευής ) καθώς και δυναμικές και κρουστικές φορτίσεις. Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται λόγος για το φαινόμενο του λυγισμού πρισματικών φορέων και δε ναυπηγικών ενισχυτικών που χρησιμοποιούνται στη ναυπηγική βιομηχανία στην εσωτερική διαρρύθμιση της μεταλλικής κατασκευής του πλοίου. Το φορτίο υποβλήθηκε κάθετα στη διατομή και ιδανικά , στο κέντρο (βάρους) της και μελετήθηκε η ικανότητά της να φέρει εις πέρας την επιβαλλόμενη φόρτιση μέχρις ότου το ενισχυτικό να λυγίσει, δηλαδή να καμφθεί απότομα γύρω από τον πιο αδύναμο κεντροβραρικό άξονα. Με τον όρο κολώνα ή υποστύλωμα θα αναφερόμαστε στους φορείς που υπόκεινται σε λυγισμό. Το φαινόμενο αυτό συναντάται κυρίως σε ενισχυτικά – κολόνες που έχουν συνήθως μεγάλο μήκος σε σχέση με τις υπόλοιπες διαστάσεις τους και υπακούουν κατά κόρον στον τύπο του Euler για διαρθρωτά υποστυλώματα από όπου υπολογίζεται και το κρίσιμο φορτίο λυγισμού κατά Euler. Πέραν από αυτό, υπό την επίδραση ενός αξονικού θλιπτικού φορτίου , η κολώνα ( ή ενισχυτικό ) αστοχεί μαζί με το συνεργαζόμενο έλασμα και επέρχεται κατάρρευση. Με τη χρήση του προγράμματος πεπερασμένων στοιχείων ANSYS 16.0 θα μοντελοποιήσουμε τρεις τύπους ενισχυτικών και θα επιλύσουμε το πρόβλημα για τα κρίσιμα φορτία ώστε να δούμε πιο από τα τρία είναι πιο ανθεκτικό, αλλά και το πώς μπορούν να διαταχθούν στο εσωτερικό του πλοίου για να προσδώσουν τη βέλτιστη αντοχή στο πλοίο.

Abstract

The science of Strength of Materials finds application in a wide range of everyday applications. It deals mainly with problems aimed at the analysis of forces of structures and mechanisms subjected to axial or eccentric loads (compressive and tensile), distributed loads (weight of metal construction) as well as dynamic and impact loads. In the present diploma thesis the phenomenon of buckling of prismatic bodies is discussed and more importantly the shipbuilding aids, such as stiffened panels, which used in the shipbuilding industry in its internal layout metal construction of the ship. The load was submitted perpendicular to the cross section, ideally to the center of gravity. Ιts ability to carry out the required load was tested until the stiffeners buckled; that is, to buckle sharply around the weakest centripetal axis. From now on ,by column or pillar term will refer to the bodies that are subjected to buckling. This phenomenon is found mainly in stiffeners - columns that are usually long in relation to their other dimensions and largely obey the Euler’s formula for structural columns from which the critical Euler buckling load is calculated. Beyond that, under the influence of one axial compressive load, the column (or stiffener ) fails together with the cooperating stiffened plate and collapse occurs. Using the ANSYS 16.0 finite element program we will model three types of stiffeners and we will solve the problem for critical loads due to see which of these three are more durable, but also how they can be ordered inside the ship to give the best ship endurance and strength.