Numerical studies of residual stress patterns and their effects on circular truss members with flattened ends

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Lu, Wei
dc.contributor.advisor Nottegar, Mauro
dc.contributor.author Forsman, Joonas
dc.date.accessioned 2017-06-13T07:29:36Z
dc.date.available 2017-06-13T07:29:36Z
dc.date.issued 2017-06-12
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/26736
dc.description.abstract When a steel member verification against buckling is carried out according to the Eurocode 3, the residual stresses and geometric tolerances resulting from the manufacturing process are taken into account with an imperfection factor. However, the application rules in Eurocode 3 may only be used when cross-sectional shape of the profile is not modified along the longitudinal axis. When the member end is flattened, Eurocode 3 provides no guidelines to estimate the initial conditions in the member and eventually no design equations for determining the connection resistance. In such cases, advanced analysis techniques based on non-conservative approaches are needed for evaluating the structural performance. In this thesis, a numerical study of residual stress patterns and their effects on circular truss member with flattened ends is conducted. The thesis introduces suitable finite element techniques for modelling the initial stress patterns induced during manufacturing. The proposed techniques are validated with experimental results found in the literature. The three-part sequential analysis is made using Abaqus finite element software consisting of the forming simulation, the springback analysis and the analysis under compressive loading. Finally, stress patterns from the numerical analysis are derived both in the flattening and the final stage. The proposed simulation techniques showed excellent correlation in maximum structural bearing capacity; the maximum compressive resistance being 1.85% lower compared to the experimental data. The results also indicated that the numerical model was stiffer in the axial direction than the structure tested. The tensile residuals stresses within the transition zone improved the compressive resistance by 5.8%. The obtained residual stress patterns can be considered a good estimation of the initial material state, but for dynamic analyses further considerations are needed. As result, a better understanding for structural behaviour of a member with flattened ends is formed. en
dc.description.abstract Eurokoodin mukaisessa terässauvojen nurjahdustarkastelussa valmistusprosessista aiheutuvat epätarkkuudet ja jäännösjännitykset huomioidaan asiaankuuluvalla epätarkkuustekijällä. Mitoitusohjeet ovat voimassa ainoastaan, kun sauvan poikkileikkaus säilyy muuttumattomana pituussuuntaisen akselin suhteen, joten päistään litistettyjen sauvojen tapauksessa eurokoodin mukainen nurjahdustarkastelu ei ole mahdollinen. Sauvan rakenteellinen kapasiteetti voidaan määrittää soveltamalla edistyneitä analyysimenetelmiä, jotka huomioivat valmistuksesta aiheutuvat jäännösjännitykset ja deformoituneen geometrian alkutilana analyysissä. Tässä diplomityössä tutkitaan numeerisesti jäännösjännitysjakaumia sekä niiden vaikutusta päistään litistetyn sauvan rakenteelliseen kestävyyteen. Työssä esitellään soveltuvia laskennallisia menetelmiä rakenteen alkutilan mallintamiseen. Esitellyt menetelmät validoidaan kirjallisuudesta löytyvällä kokeellisella tutkimusaineistolla. Kolmiosainen numeerinen analyysi koostuu putken litistyssimulaatiosta, kimmoisen palauman ja puristuskestävyyden määrityksestä ja se tehdään Abaqus- elementtimenetelmäohjelmistolla. Lopuksi numeerisesta analyysistä saadut jännitysjakaumat esitetään sekä putken litistysvaiheessa että lopputilassa. Esitetyillä analyysimenetelmillä saatu puristuskestävyyden arvo oli 1,85% pienempi kuin kokeellisesti määritetty arvo. Numeerinen malli kuvasi aksiaalisen jäykkyyden suurempana kuin koetilanteessa osoittautui olevan. Putken transitioalueen jäännösjännitykset paransivat rakenteen kuormankantokykyä 5,8%. Numeerisesti mallinnettuja jäännösjännitysjakaumia voidaan pitää hyvänä arviona rakenteen alkutilasta, mutta lisätarkasteluja dynaamisten analyysien suhteen tarvitaan. Työn tuloksena voidaan muodostaa parempi käsitys päistään litistetyn sauvan alkutilasta ja käyttäytymisestä. fi
dc.format.extent 114
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Numerical studies of residual stress patterns and their effects on circular truss members with flattened ends en
dc.title Numeerinen tutkimus jäännösjännitysjakaumista sekä niiden vaikutuksista pyöreisiin päistään litistettyihin ristikkosauvoihin fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Insinööritieteiden korkeakoulu fi
dc.subject.keyword Abaqus en
dc.subject.keyword explicit en
dc.subject.keyword finite element method en
dc.subject.keyword flattened end type member en
dc.subject.keyword metal forming simulation en
dc.subject.keyword residual stresses en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201706135467
dc.programme.major Rakennetekniikka fi
dc.programme.mcode R3001 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Puttonen, Jari
dc.programme Rakenne- ja rakennustuotantotekniikan koulutusohjelma fi
dc.ethesisid Aalto 9277
dc.location P1


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse