Numerical assessment and empirical modeling of steel columns subjected to compressive loads

Vasileiou, Evangelos; Βασιλείου, Ευάγγελος

dc.contributor.author	Vasileiou, Evangelos	en
dc.contributor.author	Βασιλείου, Ευάγγελος	el
dc.date.accessioned	2021-10-22T09:47:55Z
dc.date.available	2021-10-22T09:47:55Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53990
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21688
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	Probabilistic analysis	en
dc.subject	Compression	en
dc.subject	Engineering against failure	en
dc.subject	Pillar	en
dc.subject	Buckling curves	en
dc.subject	Πιθανοθεωρητική ανάλυση	el
dc.subject	Θλίψη	el
dc.subject	Υποστύλωμα	el
dc.subject	Καμπύλες λυγισμού	el
dc.subject	Μελέτη αστοχίας	el
dc.subject	Reliability	en
dc.subject	Αξιοπιστία	el
dc.title	Numerical assessment and empirical modeling of steel columns subjected to compressive loads	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Structural Engineering	en
heal.language	en
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-07-06
heal.abstract	Στα πλαίσια αυτής της δουλειάς μελετάται το πρόβλημα του υπολογισμού της αντοχής σε θλίψη υποστυλωμάτων. Η θεωρητική και η βασισμένη στους κανονισμούς αντοχή σε θλίψη αναλύονται. Στη συνέχεια, η αντοχή σε θλίψη υποστυλωμάτων που συναντώνται σε πλοία μελετάται υπό την έννοια της αξιοπιστίας, μέσω αναλυτικής και αριθμητικής μοντελοποίησης. Κατά την αναλυτική μοντελοποίηση, προσομοιώσεις Monte Carlo (Monte Carlo Simulation-MCS) εφαρμόζονται, μέσω της μεθόδου “Latin Hypercube” για την παραγωγή δειγμάτων, έτσι ώστε να ληφθούν υπ’ όψιν οι αβεβαιότητες που υπεισέρχονται στις τυχαίες μεταβλητές του προβλήματος (τάση διαρροής, μέτρο ελαστικότητας και μέγιστο αρχικό βέλος κάμψης). Προσομοιώσεις Monte Carlo εφαρμόζονται για τρεις τιμές λόγου λυγηρότητας (χαμηλή, μέση και υψηλή), για κοίλη κυκλική, κοίλη τετράγωνη διατομή και διατομή σχήματος «Η», για πολλαπλές γεωμετρίες ανά λόγο λυγηρότητας και διατομή. Η αντοχή σε θλίψη υποστυλώματος υπολογίζεται μέσω της σχέσης Perry-Robertson. Η πιθανοθεωρητική αντοχή σε θλίψη ανά υποστύλωμα μοντελοποιείται παράγοντας την συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας που περιγράφει ακριβέστερα την πιθανοθεωρητική δομή των δεδομένων που προέκυψαν από την δειγματοληψία. Κατά την αριθμητική μοντελοποίηση, προσομοιώσεις Monte Carlo εφαρμόζονται μέσω της μεθόδου δειγματοληψίας Latin Hypercube, έτσι ώστε να ληφθούν υπ’ όψιν οι αβεβαιότητες που υπεισέρχονται στις τυχαίες μεταβλητές του προβλήματος (τάση διαρροής, μέτρο ελαστικότητας και μέγιστο αρχικό βέλος κάμψης). Προσομοιώσεις Monte Carlo εφαρμόζονται για τρεις τιμές λόγου λυγηρότητας (χαμηλή, μέση και υψηλή) για κοίλη τετράγωνη διατομή συγκεκριμένων διαστάσεων. Η αντοχή σε θλίψη υποστυλώματος υπολογίζεται με πολυώνυμα παραγμένα μέσω επιφανειών απόκρισης (Response Surface). Τα πολυώνυμα αυτά ορίζονται παρεμβάλλοντας επιφάνειες απόκρισης στις τιμές της θλιπτικής αντοχή υποστυλώματος που υπολογίζονται με βάση τα πεπερασμένα στοιχεία (FEA). Για τον ορισμό των βασικών δειγμάτων που μοντελοποιήθηκαν στα πεπερασμένα στοιχεία, χρησιμοποιείται η μέθοδος πειραματικού σχεδιασμού (Design of Experiment-DOE). Η πιθανοθεωρητική προσέγγιση υπολογισμού αντοχής σε θλίψη μέσω πεπερασμένων στοιχείων πραγματοποιείται με και χωρίς την εφαρμογή πεδίου παραμενουσών τάσεων στο υποστύλωμα. Η πιθανοθεωρητική αντοχή σε θλίψη ανά υποστύλωμα μοντελοποιείται παράγοντας την συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας που περιγράφει ακριβέστερα την πιθανοθεωρητική δομή των δεδομένων που προέκυψαν από την δειγματοληψία. Σε αυτήν την εργασία δίνουμε βάση στην πιθανοθεωρητική δομή της θλιπτικής αντοχής υποστυλωμάτων, και την συγκρίνουμε με την προσδιοριστική θλιπτική αντοχή που προτείνουν οι σχετικοί κανονισμοί.	el
heal.abstract	The problem of the calculation of the compression resistance of pillars is studied. The theoretical and regulation-based methods for the estimation of the pillar compression resistance are analyzed. The compressive strength of pillars found in ship structures is then studied under a reliability perspective, through analytical and arithmetic modeling. In the analytical modeling, Monte Carlo Simulations (MCS) are applied, aided by a stratified sample scheme (i.e. Latin Hypercube), to account for uncertainty within the problem’s input variables (yield stress, elastic modulus, initial bow imperfection). MCS were applied for three slenderness ratio values (low, medium, high), for hollow-circular, hollow-square and “H” shape cross-sections, and multiple geometries per slenderness ratio, per cross-section. The pillar’s strength is calculated based on the Perry-Robertson formula. The probabilistic resistance per pillar was modeled by generating the probability density function that best describes the statistical nature of the sample data. In the arithmetic modeling, Monte Carlo Simulations (MCS) are applied, aided by a stratified sample scheme (i.e. Latin Hypercube), to account for uncertainty within the problem’s input variables (yield stress, elastic modulus, initial bow imperfection). MCS were applied for three slenderness ratio values (low, medium, high) for square hollow section, of specific dimensions. The pillar’s compression strength is calculated based on the Response Surface Methodology (RSM) regression polynomials. These polynomials are defined by fitting a Response Surface to the FEA-based compression strength. The Design of Experiment (DOE) method was used to specify the key samples to be modeled in FEA. This probabilistic approach was done both with and without the application of residual stress field in the FEA models. The probabilistic resistance was modeled by generating the probability density function that best describes the statistical nature of the sample data. In this work, we illustrate the probabilistic nature of the compression column resistance and compare it to the deterministic resistance suggested by regulatory bodies.	en
heal.advisorName	Ανυφαντής, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Σαμουηλίδης, Μανόλης	el
heal.committeeMemberName	Γκίνης, Αλέξανδρος-Αλβέρτος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	142 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false