Analiza uzdužne granične čvrstoće tankostjene čelične konstrukcije

master's thesis

• Title (english): Longitudinal hull girder ultimate strength analysis of thin-walled steel structure
• Author: Marko Žarko
• Mentor: Jerolim Andrić (mentor)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2018-05-18, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Mechanical Engineering

Abstract

Tema ovog rada je analiza uzdužne granične čvrstoće tankostjene čelične konstrukcije, a ona je jedan od najvažnijih kriterija pri projektiranju velikih tankostjenih konstrukcija kao što je brod, zrakoplov, itd. Na uzdužnu graničnu čvrstoću tankostjene konstrukcije najveći utjecaj ima savojno opterećenje pa se granična čvrstoća izražava kao najveći iznos momenta unutrašnjih uzdužnih sila kojega je moguće ostvariti na poprečnom presjeku kritičnog uzdužnog dijela promatrane tankostjene konstrukcije. U radu su postavljene teoretske osnove, raspisane najvažnije jednadžbe i objašnjene korištene analitičke i numeričke metode pomoću kojih se provela analiza. Numeričke metode primijenjene su pomoću komercijalnih programskih paketa Femap/NX Nastran i LS-Dyna koji rade na principu metode konačnih elemenata, a za ovaj slučaj korištena je nelinearna formulacija metode konačnih elemenata. Nelinearna formulacija je korištena zato jer na promatrani problem velike tankostjene konstrukcije kao što je brod djeluju razna opterećenja koja izazivaju velike pomake i velike deformacije što može dovesti do popuštanja potpornih dijelova, a na kraju i kolapsa konstrukcije. Popuštanje materijala je opisano nelinearnim ponašanjem materijala. Kod uporabe numeričkih metoda treba biti oprezan prilikom idealizacije promatranog problema odnosno potrebno je odabrati ispravan materijalni model, odgovarajuće konačne elemente, postaviti ispravne rubne uvjete, ispravno narinuti opterećenja i odabrati odgovarajuću metodu rješavanja problema. U obzir su uzeta i inicijalna geometrijska odstupanja koje nastaju uslijed zavarivanja, a mogu imati utjecaja u određivanju vrijednosti graničnog vertikalnog momenta savijanja. Analiza je provedena na tri kutijasta nosača sa i bez inicijalnih geometrijskih odstupanja. Dobivene vrijednosti graničnog vertikalnog momenta savijanja su uspoređene s vrijednostima dobivenima iz eksperimenta prema [4] i vrijednostima dobivenim drugim metodama prema [3].

Abstract (english)

This thesis theme is longitudinal hull girder ultimate strength analysis of thin-walled steel structure. It is one of the most important criteria when designing thin-walled structures like ships, airplanes etc. Bending load has the biggest impact on longitudinal hull girder ultimate strength of thin-walled structures and for that reason, ultimate strength is expressed as the maximum momentum of internal longitudinal forces which is possible to realize on the cross section of a critical longitudinal part of the observed thin-walled structure. Theoretical basics, most important equations, analytical and numerical methods that are used for the analysis are also explained. Numerical methods are applied trough commercial computer software Femap/NX Nastran and LS-Dyna that are working on the principle of finite element method and for this case the nonlinear formulation of finite element method is used. The nonlinear formulation is used because of the observed problem of a big thin-walled structure like a ship is affected by various loads that cause big displacements and big deformations which could lead to structure parts yield and in the end structure collapse. Material yield is described with nonlinear material behavior. When using numerical methods one should be careful while idealizing observed problem regarding it as necessary to choose the right material model, right finite elements, set the right boundary conditions, properly impose loads and select the corresponding method for solving the problem. Initial geometric imperfections which occur while welding are considered as they could have an impact in determining the ultimate bending moment. The analysis is conducted on three hull girders with and without initial geometric imperfections. Obtained ultimate bending moment values are compared to values from experiment according to [4] and values obtained from other methods according to [3].

• Keywords: uzdužna granična čvrstoća; granični vertikalni moment savijanja; kolaps; kutijasti tankostjeni nosač; nelinearna metoda konačnih elemenata (NLFEM); inicijalna geometrijska odstupanja.
• Keywords (english): longitudinal hull girder ultimate strength; ultimate vertical bending moment; collapse; hull girder; nonlinear finite element method (NLFEM); initial geometric imperfections.
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:783538
• Study programme: Title: Mechanical Engineering; Study programme type: university; Study level: graduate; Academic / professional title: magistar/magistra inženjer/inženjerka strojarstva (magistar/magistra inženjer/inženjerka strojarstva)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2019-05-27 14:04:25