Effect of pre-twisting on the buckling behaviour of strips

No Thumbnail Available

Files

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2024-11-29

Department

Major/Subject

Rakennustekniikka

Mcode

ENG4003

Degree programme

Insinööritieteiden kandidaattiohjelma

Language

en

Pages

24

Series

Abstract

This bachelor’s thesis investigates the impact of initial stresses, induced by pre-twisting, on the buckling behaviour of a slender steel strip. The mechanism behind why a pre-twisted shape of a slender component would affect the critical load, is that it strengthens the weak axis and weakens the strong axis of the structure. The pre-twisted shape of a strip alone can improve the capacity of the component to resist the unstabilizing forces of a large compressive load. Therefore, it is required to compare the critical loads obtained for initially stressed strips to ones obtained for non-stressed strips of the same geometry. The analysis of the effect of pre-twisting and the calculations of the critical loads for varying twisting angles are performed using a finite element analysis software. A baseline analysis is performed using a 3D solid model, which is then used to verify a shell model simulation results. Being computationally less expensive, the shell model is finally utilized to complete the simulation studies. Only fixed-fixed boundary conditions are investigated in this thesis. The results of this thesis reveal that the pre-twisted shape leads to the increased critical loads of the component, as the twisting angle increases, and a point of interest is found, when the critical load exceeds the buckling load attributed to the second mode of buckling of a straight strip of the same initial geometry. The results indicate that the twisting-induced stresses inside the strip improve the buckling performance of the strip up to a point.

Tässä kandidaatintyössä tutkitaan esikierron aiheuttamien esijännitysten vaikutusta ohuiden teräsliuskojen nurjahtamiskäyttäytymiseen. Kierretyn ohuen kappaleen korkeampi nurjahduslujuus perustuu kiertämisen aiheuttamaan heikomman akselin vahvistamiseen ja vahvemman akselin heikentämiseen. Pelkästään liuskan kierretty muoto voi parantaa sen kykyä vastustaa suuren puristuskuorman aiheuttamia epävakauttavia voimia. Siksi on tarpeellista verrata esijännitettyjen liuskojen nurjahduskuormia esijännittämättömien liuskojen nurjahduskuormiin, joilla on sama geometria. Esikierron vaikutusten ja nurjahduskuormien analyysi ja laskelmat eri kiertokulmille suoritetaan elementtimenetelmäohjelmistolla. Lähtökohtaisesti tutkimus suoritetaan kiinteällä 3D-mallilla, jota käytetään sitten kuorimallin simulaation tulosten vahvistamiseen. Kuorimallia käytetään työn lopuissa tarkasteluissa, sillä se on laskennallisesti tehokkaampi. Tässä työssä tutkitaan vain kappaleita, joilla on kiinteät reunaehdot. Tämän työn tulokset osoittavat esikierretyn muodon parantavan komponenttien nurjahduskuormia kiertokulman kasvaessa. Eräs mielenkiinnon kohde löytyy esikierrosta johtuvan, kasvavan nurjahdusvoiman ylittäessä suoran liuskan toisen nurjahdustilan nurjahduskuorman. Työn tulokset osoittavat, että esikierron aiheuttamat liuskan sisäiset jännitykset parantavat liuskan nurjahduskykyä tiettyyn pisteeseen asti.

Description

Supervisor

Vornanen-Winqvist, Camilla

Thesis advisor

Khakalo, Sergei

Keywords

initial stresses, pre-twist, buckling, FEA, esijännitykset, esikierto

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202501281989

Collections

[kand] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG