بررسی پارامتریک ظرفیت باربری محوری ستون های استوانه ای در حضور آسیب از نوع قرشدگی

وجود نقص های سازه ای می تواند ظرفیت باربری اعضای فشاری را تا حد زیادی کاهش دهد. این نقص ها می توانند از نوع ترک، خوردگی، سوراخ شدگی و یا فرورفتگی سطح صاف عضو به دلیل برخورد یک جسم خارجی ایجاد شوند. به عنوان مثال اعضای استوانه ای سکوهای دریایی یا پایه ی پل ها و ساختمان ها که عمدتا تحت بارهای محوری می باشند ممکن است حین پهلوگیری کشتی ها و یا توسط وسایل نقلیه ی سنگین که در حال حرکت هستند دچار آسیب شوند. وجود نقص های یاد شده در اعضای محوری با مقطع دایره ای می تواند باعث بروز خرابی زود هنگام این المان های سازه ای به دلیل کمانش موضعی و در ادامه کمانش کلی عضو گردد. لذا می‌بایست ظرفیت باربری محوری و اثرات مخرب آسیب وارده پیش‌بینی شده و تاثیر پارامترهای هندسی و مکانیکی فرورفتگی های ایجاد شده در اثر برخوردهای احتمالی بر نوع شکست عضو بررسی شود. در این مطالعه جهت بررسی ظرفیت باربری محوری ستون های استوانه ای یاد شده با بهره‌گیری از روش اجزای محدود، ستون های استوانه ای در اثر آسیب وارده از سوی یک جسم کروی قرار گرفته و تاثیر عوامل مختلف به صورت پارامتریک مورد بررسی قرار گرفته است. برای مدلسازی از نرم افزار آباکوس استفاده شده و مدل های عددی با استفاده از نتایج تست محوری یک استوانه ی جدارنازک صحت سنجی شده اند. پارامترهای مورد بررسی شامل: عمق آسیب، لاغری جداره ی استوانه، محل آسیب، طول عضو محوری و شعاع جسم برخورد کننده می باشد. با توجه به نتایج تحلیل های انجام شده، عمق آسیب و لاغری جداره ی استوانه، پارامترهای تاثیرگذار بر ظرفیت کمانشی استوانه های آسیب دیده تحت بار محوری می باشند. بر همین اساس، با افزایش عمق آسیب و لاغری جداره ی استوانه مقدار بار کمانش نمونه کاهش می یابد. این در حالی است که شکل کمانش یافته نمونه‌های با عمق آسیب و لاغری جداره ی متفاوت عمدتا مشابه هم بوده و تفاوت چندانی با هم ندارند. رفتار پس کمانشی این اعضا متاثر از لاغری جداره ی استوانه، محل آسیب و طول عضو می باشد. به طوری که با افزایش لاغری جداره ی استوانه و طول عضو و همچنین نزدیک تر شدن محل آسیب به تکیه گاه، ظرفیت پس کمانشی نمونه کاهش می یابد. همچنین با نزدیک تر شدن محل آسیب به تکیه گاه، حلقه ی کمانش در نزدیکی تکیه گاه دورتر حذف و کل تغییرشکل ها در سمت تکیه گاه نزدیک متمرکز می شود که زوال مقاومت بیشتر را در پی دارد. شعاع جسم برخورد کننده تاثیری بر ظرفیت کمانشی یا رفتار پس کمانشی نمونه ندارد. برای نمونه های آسیب دیده توسط اجسام با شعاع متفاوت ولی عمق آسیب مشابه، تفاوت موجود در پروفیل آسیب بسیار اندک می باشد که همان تفاوت نیز طی روند افزایش تغییرشکل ها و بروز کمانش حذف شده و تغییرشکل نهایی نمونه ها مشابه هم می گردد. در پایان، با برازش  روابطی به نتایج بدست آمده از بررسی تاثیر هر پارامتر، روابطی برای تعیین ظرفیت کمانشی و ظرفیت پسماند (ظرفیت عضو در دو برابر تغییرشکل متناظر کمانش) اعضای محوری یاد شده ارائه شده است. بر اساس بررسی های به عمل آمده، دقت روابط ارائه شده مناسب بوده و می توان از این روابط در روند طراحی یا ارزیابی ثانویه نمونه های آسیب دیده استفاده نمود.

a parametric study on the axial load carrying capacity of dented cylindrical columns

the presence of defects in the compressive structural members may reduce their load-carrying capacity to a large extent. these defects may be in the form of cracks, corrosion, perforation, or dents existing on the smooth surface of the member. in most cases, the impact of an external object is the main cause of these damages. for example, tubular sections of offshore platforms which are mostly under axial loads, may be damaged with the collision of supply vessels. similarly, the columns of bridges and buildings, may be hit by heavy moving vehicles. the existence of the mentioned defects in compressive members with circular cross-sections may cause premature failure of these structural elements due to local buckling followed by the memberchr(’39’)s overall instability. hence, the effect of these damages on the buckling strength of tubular columns, and the effect of different influencing parameters should be studied in depth. this study presents a parametric investigation on the axial load-carrying capacity of cylindrical columns damaged by a spherical indenter. for this purpose, the numerical models were generated in general purpose finite element software abaqus and verified against results of two axial compression tests on intact and damaged thin-walled cylinders. the studied parameters included depth of the damage, shell slenderness ratio, location of the damage, length of the axial member, and radius of the indenter object. the analysis results showed that, the depth of the damage, shell slenderness ratio, and the damage location were the parameters affecting the buckling capacity of the damaged cylinders under axial load. the increase in damage depth or shell slenderness ratio decreased the buckling load of the member. on the contrary, the buckled shape of the members with different damage depth values or shell slenderness ratios was almost identical. the post-buckling behavior of the studied specimens was affected by the shell slenderness ratio, the damage location, and the length of the compressive member. as the shell slenderness ratio or length of the member increased, the member strength in the post-buckling range experienced more rapid reduction. also, as the damage became closer to the one of supporting ends, the buckling ring at the farther support vanished while the buckling ring at the closer support became more critical, resulting in an increased strength reduction. the radius of the indenter object had a negligible effect on the buckling capacity and post-buckling behavior of the specimens. for samples with the same damage depth and different radius of the indenter object, the damage profile difference was very small. this small difference vanished during the buckling process, and the final deformation profile for the samples became almost identical. finally, a regression analysis was conducted on the results of analyses considering the effect of different parameters, and two predictive equations were proposed to determine the buckling and residual capacity of the studied members as functions of influencing parameters. the evaluations performed to estimate the accuracy of the proposed equations showed that they have good accuracy and provide reliable predictions for design re-checking of damaged cylindrical members subjected to axial compression.