Buckling strength of stiffened panels found in ship hull structures: surrogate modeling of finite element analyses

Παπανικολάου, Νικόλαος; Papanikolaou, Nikolaos

dc.contributor.author	Παπανικολάου, Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Papanikolaou, Nikolaos	en
dc.date.accessioned	2020-10-29T08:59:58Z
dc.date.available	2020-10-29T08:59:58Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51659
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.19357
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Λυγισμός ενισχυμένων ελασμάτων, Μεθοδολογία επιφάνειας απόκρισης, Εμπειρικές σχέσεις, Αρχικές ατέλειες, Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων	el
dc.subject	Buckling strength of stiffened panels, Surrogate modelling, Response Surface Methodolody (RSM), Finite Element Analysis (FEA), Initial Imperfections	en
dc.subject
dc.subject
dc.subject
dc.subject
dc.subject
dc.subject
dc.subject
dc.subject
dc.title	Buckling strength of stiffened panels found in ship hull structures: surrogate modeling of finite element analyses	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Δομική μηχανική	el
heal.classification	Αντοχή πλοίου	el
heal.language	en
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-10-06
heal.abstract	Τα εμπορικά πλοία κατά την διάρκεια των ταξιδίων τους υπόκεινται σε φορτίσεις οι οποίες οφείλονται στην κατάσταση φόρτωσής τους και στην αλλήλεπίδραση τους με το θαλάσσιο περιβάλλον. Κατά τη διάρκεια της σχεδίασης τους, οι καταστάσεις αυτές λαμβάνονται υπόψη, όμως στο παρελθόν έχουν παρουσιαστεί περιπτώσεις κατάρρευσης της μεταλλικής κατασκευής τους. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη εμπειρικών σχέσεων για τον υπολογισμό της τάσης κατάρρευσης ενισχυμένων ελασμάτων υπό μονοαξονική θλίψη, προκειμένου να υπάρχει μεγαλύτερη ακρίβεια κατά τη σχεδίαση. Σημειώνεται ότι τα ενισχυμένα ελάσματα αποτελούν κύρια κατασκευαστικά στοιχεία τόσο στον τομέα της ναυπηγικής, όσο και σε μεταλλικές κατασκευές στη στεριά (π.χ. γέφυρες). Για την ανάπτυξη των εμπειρικών σχέσεων χρησιμοποιήθηκαν οι στατιστικές τεχνικές του πειραματικού σχεδιασμού (Design of Experiments) και της μεθοδολογίας της επιφάνειας απόκρισης (Response Surface Methodology). Η γεωμετρία των ενισχυμένων ελασμάτων γενικεύθηκε μέσω της εισαγωγής των μέτρων λυγηρότητας της πλάκας β και του ενισχυτικού λ και η αναπτυσσόμενη τάση κατά τη στιγμή της κατάρρευσης χρησιμοποιήθηκε ως είσοδος για τη δημιουργία του μοντέλου. Ο προσδιορισμός της τάσης κατάρρευσης των υπό μελέτη ενισχυμένων ελασμάτων πραγματοποιήθηκε μέσω μη γραμμικών αναλύσεων πεπερασμένων στοιχείων στο υπολογιστικό λογισμικό ANSYS. Οι μη γραμμικές αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν λαμβάνοντας υπόψη δύο τύπους μοντέλων. Το πρώτο μοντέλο, το οποίο έχει συνολικό μήκος ίσο με την ισαπόσταση των εγκάρσιων ενισχυτικών και συνολικό πλάτος ίσο με την ισαπόσταση των διαμήκων ενισχυτικών, εκτείνεται εκατέρωθεν ενός εγκαρσίου και ενός διαμήκους ενισχυτικού (μοντέλο ½+½). Στη δεύτερη περίπτωση, το μοντέλο έχει μήκος διπλάσιο της ισαπόστασης των εγκαρσίων ενισχυτικών και πλάτος διπλάσιο της ισαπόστασης των διαμήκων ενισχυτικών (μοντέλο ½+1+½). Τρεις μορφές αρχικών ατελειών εισήχθησαν στα μοντέλαο, προκειμένου να διερευνηθεί η επιδρασή τους στην τάση και στον τρόπο κατάρρευσης, ενώ παράλληλα, οι παραμένουσες τάσεις αμελήθηκαν. Τα αποτελέσματα αυτά συγκρίθηκαν με αντίστοιχα που προκύπτουν από την εφαρμογή των κανονισμών IACS CSR. Τέλος, εξετάσθηκε η επίδραση που έχει η μορφή της αρχικής ατέλειας του ελάσματος, στην τάση κατάρρευσης του ενισχυμένου ελάσματος. Συμπερασματικά, η παρούσα εργασία στοχεύει στη δημιουργία εμπειρικών σχέσεων για τον υπολογισμό της μέγιστης τάσης ενισχυμένων ελασμάτων υπό μονοαξονική θλίψη. Τα αποτελέσματα που αφορούν ενισχυτικά τύπου Τ, φαίνεται να είναι συγκρίσιμα με αυτά της υπάρχουσας βιβλιογραφίας, καθώς και με τους κανονισμούς, στην περιοχή πρακτικού ενδιαφέροντος. Όσον αφορά στους άλλους τύπους ενισχυτικών, είναι συγκρίσιμα `με αποτελέσματα προηγούμενων εργασιών, όμως χρειάζονται περεταίρω διερεύνηση. Τέλος, ας σημειωθεί ότι οι εμπειρικοί τύποι που εξήχθησαν, υποεκτιμούν την μέγιστη τάση σε σχέση με τους κανονισμούς.	el
heal.abstract	Over their lifetime commercial vessels undergo many different types of loading scenarios, most of which are perfectly safe. In rare instances these ships are loaded beyond their design point, resulting in structural failure. The present thesis focuses on the development of surrogate models for the accurate calculation of the ultimate strength of stiffened panels under uni-axial thrust, which are the main structural component in many structures including ships, bridges and airplanes in an effort to reduce the uncertainty in structural design. Design of Experiments (DoE) and Response Surface Methodology (RSM) are employed for building the surrogate models. The stiffened panels geometry was generalized through the introduction of the slenderness ratios, β and λ, which were regarded as the independent variables of the surrogate model. The ultimate stress of selected stiffened panels was used as input. To evaluate the ultimate stress of stiffened panels, nonlinear Finite Element Analyses are performed. The failure modes and ultimate strength of the selected stiffened panels are examined and then compared to the ones predicted by IACS CSR. The nonlinear finite element analyses were performed both on ½+½ and ½+1+½ span and bay models, considering different types of geometric initial imperfections, the effect of residual stresses is not considered. Next, a parametric study, which involves varying initial plate imperfections, has been conducted showing its effect on the ultimate strength of stiffened panels. In conclusion, the present thesis provides surrogate models for the prediction of the ultimate strength of stiffened panels. The empirical formulation for the T-bar stiffened panels is consistent with previous research and Common Structural Rules in the practical range. The proposed formulations for other stiffener types are consistent with some previous research but should be studied in further detail. Finally, it should be noted that the developed formulas underestimate the ultimate strength compared to IACS CSR.	en
heal.advisorName	Ανυφαντής, Κωνσταντίνος	el
heal.advisorName	Anyfantis, Konstantinos	en
heal.committeeMemberName	Τσούβαλης, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Μανόλης, Σαμουηλίδης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θαλάσσιων Κατασκευών. Εργαστήριο Ναυπηγικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false