Strain Energy and Entropy Based Scaling of Buckling Modes
Loading...
Date
2023-12-06
Authors
ORCID
0000-0002-6873-3855Advisor
Referee
Mark
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
MDPI
Altmetrics
Abstract
A new utilization of entropy in the context of buckling is presented. The novel concept of connecting the strain energy and entropy for a pin-ended strut is derived. The entropy of the buckling mode is extracted through a surrogate model by decomposing the strain energy into entropy and virtual temperature. This concept rationalizes the ranking of buckling modes based on their strain energy under the assumption of given entropy. By assigning identical entropy to all buckling modes, they can be ranked according to their deformation energy. Conversely, with identical strain energy assigned to all the modes, ranking according to entropy is possible. Decreasing entropy was found to represent the scaling factors of the buckling modes that coincide with the measurement of the initial out-of-straightness imperfections in IPE160 beams. Applied to steel plane frames, scaled buckling modes can be used to model initial imperfections. It is demonstrated that the entropy (scale factor) for a given energy roughly decreases with the inverse square of the mode index. For practical engineering, this study presents the possibility of using scaled buckling modes of steel plane frames to model initial geometric imperfections. Entropy proves to be a valuable complement to strain energy in structural mechanics.
Je představeno nové využití entropie v kontextu vzpěru. Je odvozen nový koncept spojení deformační energie a entropie pro vzpěru s kolíkovým koncem. Entropie režimu vzpěru je extrahována pomocí náhradního modelu rozkladem deformační energie na entropii a virtuální teplotu. Tento koncept racionalizuje řazení módů vzpěru na základě jejich deformační energie za předpokladu dané entropie. Přiřazením stejné entropie všem režimům vzpěru je lze seřadit podle jejich deformační energie. Naopak s identickou deformační energií přiřazenou všem módům je možné klasifikaci podle entropie. Bylo zjištěno, že klesající entropie představuje faktory měřítek režimů vzpěru, které se shodují s měřením počátečních imperfekcí mimo přímost u nosníků IPE160. Při aplikaci na ocelové rámy lze k modelování počátečních imperfekcí použít zmenšené režimy vzpěru. Je ukázáno, že entropie (měřítko) pro danou energii zhruba klesá s inverzní druhou mocninou indexu modu. Pro praktické inženýrství tato studie představuje možnost použití měřítek režimů vzpěru ocelových rovinných rámů k modelování počátečních geometrických imperfekcí. Entropie se ukazuje jako cenný doplněk deformační energie ve strukturální mechanice.
Je představeno nové využití entropie v kontextu vzpěru. Je odvozen nový koncept spojení deformační energie a entropie pro vzpěru s kolíkovým koncem. Entropie režimu vzpěru je extrahována pomocí náhradního modelu rozkladem deformační energie na entropii a virtuální teplotu. Tento koncept racionalizuje řazení módů vzpěru na základě jejich deformační energie za předpokladu dané entropie. Přiřazením stejné entropie všem režimům vzpěru je lze seřadit podle jejich deformační energie. Naopak s identickou deformační energií přiřazenou všem módům je možné klasifikaci podle entropie. Bylo zjištěno, že klesající entropie představuje faktory měřítek režimů vzpěru, které se shodují s měřením počátečních imperfekcí mimo přímost u nosníků IPE160. Při aplikaci na ocelové rámy lze k modelování počátečních imperfekcí použít zmenšené režimy vzpěru. Je ukázáno, že entropie (měřítko) pro danou energii zhruba klesá s inverzní druhou mocninou indexu modu. Pro praktické inženýrství tato studie představuje možnost použití měřítek režimů vzpěru ocelových rovinných rámů k modelování počátečních geometrických imperfekcí. Entropie se ukazuje jako cenný doplněk deformační energie ve strukturální mechanice.
Description
Citation
Document type
Peer-reviewed
Document version
Published version
Date of access to the full text
Language of document
en