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Robust knockdown factors for the design of spherical shells under external pressure: Development and validation

Wagner, Ronald und Hühne, Christian und Niemann, Steffen (2018) Robust knockdown factors for the design of spherical shells under external pressure: Development and validation. International Journal of Mechanical Sciences (141), Seiten 58-77. doi: 10.1016/j.ijmecsci.2018.03.029. ISSN 0020-7403.

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Kurzfassung

In this paper a physically based and deterministic design procedure for spherical shells under external pressure is introduced. Within the new design concept the membrane energy of a sphere is incrementally reduced by means of perturbation cutouts, until a bending energy dominate state is identified. The threshold between membrane energy state and bending energy state represents a robust plateau for the buckling pressure. A comprehensive numerical investigation was performed in order to study the influence of radius-to-thickness ratio (R/t) as well as the dome height-to-base radius ratio (H/r). The results verify that both geometric properties ratios significantly influence the lower-bound buckling pressure, especially if plastic buckling occurs. Improved shell buckling design factors are given in the form of an simple analytic equation. The corresponding threshold KDFs were validated with a large number of buckling experiments and deliver much higher KDFs than currently used empirical guidelines. Based on the new design criterion lower-bound estimation for the buckling pressure of a tori-spherical bulkhead and the inner dome of the cryogenic upper stage ESC-A from the European space launch-vehicle Ariane 5 are determined.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/125094/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Robust knockdown factors for the design of spherical shells under external pressure: Development and validation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Wagner, RonaldRonald.Wagner (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hühne, ChristianChristian.Huehne (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2218-1223NICHT SPEZIFIZIERT
Niemann, SteffenSteffen.Niemann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9272-0635NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Juni 2018
Erschienen in:International Journal of Mechanical Sciences
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.ijmecsci.2018.03.029
Seitenbereich:Seiten 58-77
ISSN:0020-7403
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Buckling; Robust design; Knockdown factor; Imperfection sensitivity; Spherical shell; Tori spherical bulkhead; Plastic buckling; ESC-A; Orthogrid stiffened sphere
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Flugzeuge
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L AR - Aircraft Research
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Strukturen und Werkstoffe (alt)
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik > Funktionsleichtbau
Hinterlegt von: Niemann, Herr Steffen
Hinterlegt am:14 Dez 2018 11:56
Letzte Änderung:02 Nov 2023 10:14

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