Beulverhalten von ringversteiften Kreiszylinderschalen unter Axialdruck – Teil 1: Versuche und geometrische Imperfektionsanalyse/Buckling behavior of ring-stiffened cylinder shells under axial pressure – Part 1: Tests and geometric imperfection analysis

Abstract

Moderne Behälter werden oft als ringversteifte Kreiszylinderschalen ausgeführt. Der traglaststeigernde Effekt eng liegender Ringsteifen unter Axialdruck erfuhr in der Forschung bis heute nur geringe Beachtung. Er ist bisher ungeregelt und infolge unnötig hohen Materialeinsatzes bleiben Stahlbehältern Marktanteile und bessere Nachhaltigkeit verwehrt. Anhand von Versuchen und einer numerischen Studie werden die neuesten Forschungsergebnisse des Einflusses der Ringsteifen auf das Axialbeulverhalten von Kreiszylinderschalen erläutert. Die Ergebnisse zeigen, dass die ringversteiften Kreiszylinder unter Axialdruck nach der aktuellen Bemessungspraxis unwirtschaftlich bemessen werden.   Im Teil 1 dieses Beitrags werden Versuche im verkleinertem Maßstab durchgeführt, um den Einfluss der Ringsteifen auf das Beulverhalten der Kreiszylinderschalen unter Axialdruck zu erforschen. Gemäß einem Vergleich von Versuchsergebnissen wird eine mehrfach höhere Tragfähigkeit ringversteifter Schalen gegenüber unversteiften Schalen ermittelt. Die geometrischen Imperfektionen des Probekörpers werden durch eine 3D-Scan-Technologie gemessen und danach mittels der Methode der Fourier-Reihen analysiert. Im Teil 2 folgen die numerische Simulation und das Ableiten eines Ingenieurmodells.

Geometric Properties of Steel Components with Stability and Fatigue Risks Using 3D-Laser-Scanning

“…In addition, there are two algorithms to further smooth the point cloud and compress its data size. It is possible to unfold the measured point cloud onto a surface and then approximate it using surface fitting techniques, such as the Fourier series [29]. The level of data simplification, smoothing and compression depends on the number of terms in the fitting equation.…”

Ring Stiffened Cylindrical Shell Structures: State-of-the-Art Review

“…In his dissertation [3], Jäger-Canás proposed suggestions to address gaps in design standards. More recently, Li and Pasternak et al [43][44][45] presented an investigation of cylindrical ring-stiffened shells based on axial buckling tests and numerical simulations. Several scaled-down welded cylindrical shell specimens with measured geometric imperfections by 3D laser scanning technologies were fabricated, tested, and analyzed based on efficient static analysis with accompanying eigenvalue analysis and high-fidelity numerical calculation (Figure 4).…”

“…For unstiffened cylinders, while many different possible buckling shapes can initiate failure at the identical load, ring stiffeners limit the possible failure modes. Moreover, more recent measurement studies [44,45] using 3D laser scanning technology have shown that the initial geometric imperfections of ring-stiffened cylindrical shells are related to the ring stiffener spacing. The results show that the sensitivity of the geometric imperfection is dependent on whether the ring spacing is in multiples of the half-wavelength of the axial buckling of the cylindrical shell.…”

Experiment‐based statistical distribution of buckling loads of cylindrical shells

“…The main reason for this is that it is difficult to obtain the exact geometric dimensions of the practical shell structure and accurate modelling. Recently, with the continuous development of measurement technology, three-dimensional (3D) scanning technology has been used to directly obtain the actual geometric dimensions of shell specimens [8]. The scanned shell specimen can also be reconstructed in the numerical model.…”