کمانش پافیلی و مقاوم‌سازی پوسته‌های استوانه‌ای جدار نازک فولادی با استفاده از مصالح کمپوزیتی Frp

پوسته های استوانه‌ای از زمان‌های طولانی به عنوان مخازنی در ابعاد کوچک یا بزرگ جهت ذخیره‌سازی انواع مواد مانند نفت و مشتقات آن مورد استفاده قرار گرفته‌اند. نسبت شعاع به ضخامت این پوسته‌ها در رده‌هایی مانند 1000 و 2000 قرار می‌گیرد که بر این اساس این سازه‌های جدار نازک به علت فروریختگی در کمانش مورد توجه طراحان و آیین نامه ها قرار گرفته‌اند. در این مقاله ناپایداری الاستوپلاستیک پوسته استوانه‌ای در نزدیکی تکیه‌گاه تحت عنوان کمانش پافیلی مدنظر قرار گرفته ‌است. این فرم از کمانش تحت فشار داخلی بالا به همراه فشار محوری رخ می‌دهد. در مقاله حاضر ابتدا کمانش پافیلی مورد بررسی قرار گرفته و سپس روش جدید مقاوم‌سازی پوسته های استوانه‌ای با استفاده از مصالح کمپوزیتی frp ارائه شده است. این مسئله به روش عددی مورد بررسی قرار گرفته و نتایج آن در مقاومت کمانشی پوسته‌های استوانه‌ای ارزیابی می شود. بررسی ظرفیت نهایی مخازن مقاوم سازی شده در فشارهای داخلی متفاوت نشانگر تاثیر مثبت مصالح کمپوزیتی frp در مقاومت کمانشی مخازن و افزایش آن در شرایط مختلف تا حد دو برابر می باشد. همچنین نتایج تغییرات ارتفاع و موقعیت frp در روند مقاوم‌سازی بررسی شده و مطابقت آن با ارتفاع و موقعیت رخداد پافیلی به عنوان بهترین نتیجه ارائه گردیده ‌است.

Elephant Foot Buckling and Retrofitting of Steel Thin Walled Cylindrical Shells Using FRP Composite Materials

Steel tanks designed in cylindrical forms are one of the shell structures which are widely used in industrial facilities. In geometric terms, these tanks have a very small thickness compared to the other dimensions and thus are categorized as thin walled structures which should consider the buckling failures. The buckling failure of tanks containing liquids is possible in various modes. In this paper instability of cylindrical shell wall which occurs under simultaneous loading of axial compression and high internal pressure, is considered. This instability generally occurs near the base. The present study demonstrates that increasing the internal pressure and the yielding of the wall near the base, decreases flexural stiffness and increases the local displacement of the cylindrical shells. In other words, the resultant circumferential membrane stress increases and inelastic buckling occurs. This instability near the base is known as “Elephant Foot Buckling”. This paper provides a proposal for strengthening cylindrical shells against elephant foot buckling using FRP. Some efforts have been done on this subject [13]. The aim of this paper is to investigate the strengthening of thin metallic cylindrical shells by local application of FRP to increase the elephant’s foot buckling strength. Finite element analysis of shells has been used in the present paper in order to obtain the effect of strengthening tanks using FRP on the increase of elephant foot buckling resistance. In order to achieve the behavior of cylindrical shell when being strengthened by FRP, accurate modeling of composite fibers and adhesive has been applied, and its appropriate dimensions and locations are presented.