Date of Award

11-2017

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy (PhD)

Department

Mechanical Engineering

First Advisor

Dr. Sangarappillai Sivaloganathan

Second Advisor

Dr. Tariq Darabseh

Third Advisor

Dr. Bilal El-Ariss

Abstract

This dissertation describes an investigation on the behavior of the overlap area in telescopic cantilevers under tip loads. The main aim of this research is to address the question of ‘how the overlap region of a telescopic beam behaves under a tip load’ and to develop a new generic approach to the design of telescopic beams based on parametric studies using FEA and statistical optimization. Experimental investigations and exploratory analyses were carried out to study the behavior of RHS (Rectangular Hollow Section) rings and RHS pieces. Based on these observations, theoretical explanations were developed and a methodology for the design of the inner beam assembly based on FEA and design of experiments was recommended.

The recommended methodology was also implemented on a case study. Results showed that the overlap area can be treated as an assembly of RHS rings and a middle section or an assembly of RHS pieces and a middle section. Further, the region near the bottom wear pads of the overlap area of the inner beam is identified as most vulnerable. RHS rings are treated as an assemblage of horizontal beams and vertical columns whereas RHS pieces are treated as an assemblage of vertical and horizontal plates. When compressed transversely between platens, the constituent beams, columns, and plates in both RHS rings and pieces, are subjected to corner moments. Further, when compressed between wear pads, an additional corner moment is introduced which in effect reduces the maximum load carrying capacity further.

Because of the nature of the assembly, the end conditions of the constituent members of the RHS ring and pieces are unknown and hence complete theoretical solutions are not derived. Therefore, FEA and experimental designs were used to establish a design methodology for telescopic beams. Significant contributions from this study involve the explanation of the behavior of RHS rings and RHS pieces when compressed transversely and the development of a new generic approach to the design of telescopic beams based on parametric studies using FEA and statistical optimization.

Comments

في هذه الأطروحة تم دراسة سلوك منطقة التداخل في الدعامات المنظارية نتيجة ثقل طرفي. الهدف الرئيسي من هذا البحث هو معالجة مسألة كيف تتصرف منطقة تداخل الدعامات المنظارية تحت حمولة طرفية، وتطوير نهج عام جديد لتصميم الدعامات المنظارية استنادا إلى الدراسات القياسية، باستخدام طريقة تحليل العناصر المنتهية والطرق الإحصائية.

أجريت الالححوصات التجريبية والتحليلات الاستكشافية لدراسة سلوك الحلقات المستطيلة الشكل المجوفة، و القطع مستطيلة الشكل المجوفة .واستنادا إلى هذه الملاحظات، وضعت تحسيرات نظرية، وتم توصية منهجية لتصميم تجميع الدعامة الداخلية على أساس طريقة تحليل العناصر المنتهية، وتصميم التجارب .ونحذت المنهجية الموصى بها أيضا في دراسة حالة.

وأظهرت النتائج أن منطقة التداخل يمكن أن تعامل على أنها تجميع من حلقات مستطيلة الشكل مجوفة وقسم أوسط، أو مجموعة من القطع مستطيلة الشكل المجوفة وقسم أوسط .وعلاوة على ذلك، يتم تحديد المنطقة بالقرب من التبطين السحلي، في منطقة التداخل، من الدعامة الداخلية على أنها الأكثر ضعحا.

يتم التعامل مع الحلقات مستطيلة الشكل المجوفة كتجميع من الدعامات الأفقية والأعمدة الرأسية، في حين يتم التعامل مع القطع مستطيلة الشكل المجوفة كتجميع من الألوا الرأسية والأفقية. عندما يتم ضغطها بشكل عرضي بين الاسطوانات، فإن الدعامات المكونة، والأعمدة، والألوا في كل من الحلقات و القطع مستطيلة الشكل المجوفة، تتعرض لقوة عزم عند الزاوية .\ وعلاوة على ذلك، عندما يتم ضغطها بين الاسطوانات، يتم إدخال قوة عزم الزاوية الإضافية، الذي في الواقع يقلل من سعة الحمولة القصوى. أكثر من ذلك، ونظرا لطبيعة التجميع، فإن الشروط النهائية لتكوين الحلقات و القطع مستطيلة الشكل المجوفة غير معروفة. وبالتالي لم يتم اشتقاق حلول نظرية كاملة .ولذلك، استخدمت طريقة تحليل العناصر المنتهية والتصاميم التجريبية لوضع منهجية تصميم للدعامات المنظارية.

Download

Included in

Engineering Commons

Share

COinS