Asymmetric snap-buckling of a column restrained by a stiff wire

Summary A relatively simple example of asymmetric snap-through buckling in a continuous structure is the nonlinear problem of a cantilevered column restrained at its tip by a stiff wire, which is inclined at an acute angle to the column centerline, and loaded at its tip by a force perpendicular to the centerline. A parameter called , which is the nondimensional ratio of the flexural rigidity of the column to the combined extensional stiffness of the wire and the column centerline, determines the essential features of the buckling. If is zero, or is small compared to unity, the bending of the column is small enough to justify the use of linear bending theory for the column. Hence, even though the constraint is nonlinear, the solution to this problem is obtained in closed form. The critical point for the structure is found to be an asymmetric branching point for =0, while for positive, the critical point is a snap-through type. The effect of is similar to that induced by initial imperfections in more complex structures. For very small , the critical load is markedly decreased from the value for =0. Moreover, the graph of the load vs. tip deflection has the appearance of having an acute discontinuity in slope at the critical point for very small, although it is actually found that the graph has a horizontal tangent there.

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Sommario Un esempio relativamente semplice di collasso asimmetrico per carico di punta in una struttura continua è il problema non lineare di una colonna incastrata ad una estremità e vincolata all'altra estremità da un filo rigido che forma un angolo acuto con l'asse della colonna e caricata a quella estremità con una forza perpendicolare allo stesso asse. Un parametro chiamato , che è il rapporto adimensionale fra la rigidità flessionale della colonna e la rigidezza longitudinale del filo e dell'asse della colonna, determina le caratteristiche essenziali del cedimento. Se è zero o è piccolo rispetto all'unità, l'inflessione della colonna è sufficientemente piccola per giustificare l'uso della teoria lineare di inflessione per la colonna. Di conseguenza anche se il vincolo non è lineare la soluzione del problema è ottenuta in forma compatta. Il punto critico della struttura si trova nel punto di biforcazione asimmetrica per =0, mentre per positivo, il punto critico rappresenta un punto di collasso. L'effetto di è simile a quello prodotto da imperfezioni iniziali in strutture più complesse. Per molto piccolo il carico critico è notevolmente ridotto rispetto al valore per =0. Inoltre il grafico del carico in funzione della curvatura all'estremità sembra avere una netta discontinuità nella pendenza dal punto di biforcazione per molto piccolo benchè, in realtà si trovi che il grafico ha lì una tangente orizzontale.

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This research was supported by the Advanced Research Projects Agency (Project DEFENDER) and was monitored by the U.S. Army Research Office, Durham, under Contract DA-31-124-ARO-D-257.