مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ارزیابی احتمالی ظرفیت باربری کمانشی نیم‌کره‌های فولادی دارای عیوب هندسی تصادفی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه شهید بهشتی
2 استادیار دانشگاه شهید بهشتی
3 استادیار گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
10.48311/mme.2026.123708.83113
چکیده
پوسته‌های نیم‌کروی فولادی به دلیل حساسیت به عیوب هندسی اولیه، همواره با اختلاف قابل‌توجهی میان ظرفیت کمانشی نظری و عملکرد واقعی مواجه هستند.در این پژوهش، ارزیابی احتمالی ظرفیت باربری کمانشی پوسته‌های نیم‌کروی فولادی دارای عیوب هندسی تصادفی بررسی شده است. بدین منظور، عیوب هندسی به‌صورت یک میدان تصادفی پیوسته با استفاده از بسط کارهونن-لووه مدل‌سازی و اثر پارامترهای آماری شامل دامنه و طول همبستگی عیوب بر بار بحرانی کمانش تحلیل شده است. برای شبیه‌سازی رفتار غیرخطی، از روش طول قوس و تحلیل اجزای محدود با ورودی‌های تصادفی بهره گرفته شده و ارزیابی آماری با استفاده از شبیه‌سازی مونت‌کارلو انجام پذیرفته است. نتایج نشان می‌دهد که افزایش دامنه عیوب هندسی موجب افت ظرفیت کمانشی می‌شود،به‌گونه‌ای که باپنج برابرشدن دامنه، بار بحرانی حدود48.5درصد کاهش می‌یابد. همچنین، اثر طول همبستگی بر پایداری سازه رفتاری دوگانه دارد و در مقادیر متوسط، بیشترین کاهش ظرفیت رخ می‌دهد. توزیع آماری ظرفیت کمانشی با توزیع وایبول برازش یافته و ضریب کاهش باربری احتمالی بر مبنای صدک پنجم توزیع، برابر با0.28 محاسبه شده است. مقایسه این مقدار با ضریب تقریبی ۰٫۵۰ که در راهنماهای طراحی کلاسیک (مانندNASA SP-8032) پیشنهاد شده، نشان می‌دهد که در چارچوب فرضیات آماری پژوهش حاضر، ضریب قطعی سنتی ممکن است غیرایمن (غیرمحافظه‌کارانه) باشد. این یافته ضرورت جایگزینی ضرایب کاهش باربری سنتی با معیارهای احتمالی مبتنی بر سطح پذیرش خطر را تقویت می‌کند. یافته‌های پژوهش، ضرورت جایگزینی ضرایب کاهش باربری سنتی با معیارهای احتمالی مبتنی بر سطح پذیرش خطر را تبیین کرده و امکان طراحی بهینه‌تر و اقتصادی‌تر پوسته‌های نیم‌کروی را فراهم می‌سازد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Probabilistic Assessment of the Buckling Load-Carrying Capacity of Steel Hemispheres with Random Geometric Imperfections

نویسندگان English

Amirhossein Majidian 1
seyed mohammad jafari 2
Seyed Hossein Dibajian 3
1 Department of Mechanical and Energy Engineering
2 shahid beheshti university
3 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده English

Steel hemispherical shells are highly sensitive to initial geometric imperfections, resulting in a considerable gap between theoretical buckling capacity and actual performance. This study presents a probabilistic assessment of the buckling capacity of steel hemispherical shells with random geometric imperfections, modeled as a continuous random field using the Karhunen-Loève expansion. The effects of imperfection amplitude and correlation length on critical buckling load are investigated. Nonlinear behavior is simulated via the arc-length method and finite element analysis, with statistical evaluation through Monte Carlo simulation. Results show that a fivefold increase in imperfection amplitude causes approximately a 48.5% drop in critical load, while correlation length exhibits a dual effect, with maximum capacity reduction at intermediate values. The buckling capacity distribution is fitted with the Weibull distribution, yielding a probabilistic load-carrying reduction factor of 0.28 at the fifth percentile. Compared with the ~0.50 factor commonly recommended in classical design guidelines, this indicates that the traditional deterministic factor may be non-conservative, highlighting the need to replace conventional factors with probabilistic criteria based on accepted risk levels for more optimal and economical design while maintaining structural safety.

کلیدواژه‌ها English

Geometric imperfections
Spherical shells
Karhunen–Loève expansion
Arc-length method
Monte Carlo simulation

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 18 آبان 1405