Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.3
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pp.237-248
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2016
As OPB and IPB moment-induced fatigue damage on mooring chain links were reported for a offloading buoy, verification of OPB and IPB fatigue has been a key engineering item in offshore structure mooring design. Mathematical and physical features of the conventional approach which was mainly explained in BV guideline are reviewed and disadvantages of the conventional approach are addressed in terms of stress proportionality and nonlinearity of OPB and IPB moments. In order to eradicate these disadvantages, a novel approach is newly proposed which is able to dispel apprehension on stress proportionality and is not dependent of nonlinearities of OPB and IPB moments. Significant differences between two approaches are suggested by comparing relations of OPB moment versus OPB interlink angle and IPB moment versus IPB interlink angle. For periodic OPB tension angle processes having three different OPB angle ranges with a simple irregular tension process, fatigue damage calculation reveals that OPB moment-induced fatigue damage has dominant portion to total fatigue damage. Comparative studies between two approaches also show that the conventional approach based on BV guideline predicts fatigue damage far conservatively since it assume unrealistic high stress concentration factor for tension load. Meanwhile IPB moment-induced fatigue damage is negligible compared to tension-induced fatigue damage.
Park, Yi Seul;Yoo, Sang Ryang;Oh, Jeong Jae;Park, Jong Sup
한국방재학회:학술대회논문집
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2011.02a
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pp.155-155
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2011
일반적으로 I형 보에 횡하중이 작용하는 경우, 횡 변위와 함께 회전을 동반하는 횡-비틀림 좌굴(Lateral-Torsional Buckling)이 발생하게 된다. 이러한 I형 보의 탄성 및 비탄성 횡-비틀림 좌굴에 대한 해석적 이론적 연구는 이미 많은 연구자들에 의해 수행되었다(Timoshenko 등, 1961; Galambos, 1963; Lindner, 1974; Trahair, 1993). I형 보의 비지지 길이 내 하중이 작용할 때 모멘트 구배계수(Cb)는 하중이 부재 단면에 작용하는 위치에 따라 달라지게 되는데 이를 하중고 효과(Load Height Effects)라고 한다. 탄성 영역 내 비지지길이가 존재하는 I형 보의 하중고 효과를 고려한 모멘트 구배계수 제안식은 Nethercot & Rockey(1971)에 의해 연구된 바 있다. 또한 Helwig 등(1997)은 Nethercot & Rockey(1971)의 제안식을 간략화 하여 탄성 영역 내 비지지길이가 존재하는 I형 보의 하중고 효과를 고려한 모멘트 구배계수식을 제안하였다. 그러나 현재까지 진행 된 하중고 효과에 대한 연구는 탄성 영역 내 비지지 길이가 존재하는 I형 보에 대한 제안식이며 현재까지 비탄성 영역 내 비지지 길이를 갖는 I형 보의 하중고 효과에 대한 연구는 진행된 바 없다. 본 연구는 비탄성 영역 내 비지지 길이가 존재하는 I형 보의 하중고 효과를 고려한 비탄성 횡-비틀림 좌굴강도에 대한 연구를 수행하였다. 하중조건으로는 집중하중 과 등분포 하중을 적용시켰으며, 비선형 횡-비틀림 좌굴 해석을 위해 잔류응력 및 초기변형을 고려하였다. Pi와 Trahair(1995)이 고려한 단순직선분포를 잔류응력으로 가정하였으며, 국내 I형강 표준 치수 허용치(현대제철, 2006)에 근거하여 부재 길이의 0.1%를 초기 최대 횡 변위로 적용하여 초기제작오차로 고려하였다. 유한요소해석결과를 바탕으로 Nethercot & Rockey(1971)와 Helwig 등(1997)의 연구내용을 바탕으로 범용구조해석 프로그램(ABAQUS, 2007)을 이용하여 비탄성 영역 내 존재하는 I형보의 횡-비틀림 좌굴강도를 산정하였다. 유한요소해석결과를 바탕으로 Nethercot & Rockey(1971)및 Helwig 등(1997)의 모멘트구배계수 제안식과 비교 분석 하였고 회기분석프로그램 MINITAB(2006)을 이용하여 비탄성 영역 내 비지지길이가 존재하는 I형보의 하중고 효과를 고려한 모멘트구배계수식을 개발 제안하였다. 본 연구에서 개발된 제안식은 경제적이고 합리적인 휨부재 강도평가에 적극 활용될 수 있으며, 비탄성 영역내 I형보의 횡-비틀림 좌굴강도 및 휨강도 연구에 널리 활용될 것이다.
Today, the power capacity of a wind turbine and the size of a blade is increasing to capture more wind resources, reduce the number of wind turbines on a wind farm, and reduce the cost of energy. As the blade size becomes larger, attention is being paid to the structural integrity of the blade root connection due to the heavy gravitational load effect and increased aerodynamic loads on the large blade, which could cause catastrophic failure of the blade. Therefore, the secure bolted joint connection of the blade to the hub is very important. In this paper, attention was given to the stress concentration factor (SCF) at the first thread between the M42 bolt and nut. The effect of various design parameters on the stress concentration factor was investigated, which included nut type, nut height, and reduced shank bolt. From a close design investigation of the numerical results, it turned out that the use of a reduced shank bolt resulted in the largest reduction of the stress concentration factor by 40 %, and the round nut type also reduced the SCF by 10 %, which will be beneficial to large wind turbine blades over 100 meters.
The characteristic length method used to determine a laminate's strength generally requires the test for un-notched and notched laminates and finite element analysis together. In this paper, the methods used to predict the stress distribution and tensile characteristic length of open-hole laminates using the stress concentration factor and equivalent material properties are proposed. These methods do not require data on the failure load of open-hole laminates or finite element analysis. Once the stress and characteristic length have been determined, the failure load of the open-hole laminate can be calculated. The proposed method considers the effect of the material properties as a parameter and therefore can be applied to a variety of materials. The stress distribution is verified by comparing with a finite element analysis and test results. The predicted failure load shows a maximum deviation of 8% from the test results.
To get vibration responses, a camshaft is modelled as an unbalanced multiple rotor bearing system. Because of complex geometry and complicated load conditions, the finite element method is used. After the finite element equation of the system is constructed, Newmark's method is used to get the vibration responses. Whirl vibration responses of a V-8 engine camshaft are estimated and compared with measured responses. After the fluctuating stresses are obtained, fatigue analysis is performed based upon the modified Goodman's equation. Stress concentration effects are considered. In the whirl vibration of camshafts, the bending effect is dominant, and the bending deformation is dependent upon the span length between the adjacent bearing journals. For high speeds, the fluctuations of excitation forces are large, and it is known that nonlinear time varying bearing coefficients should be used for analysis.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.5
no.4
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pp.75-86
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1985
A beam with web opening may reduce the cost of steel and the height of multistory steel buildings. Bower's analysis based on the theory of elasticity and Vierendeel analysis had evaluated the normal stresses around the holes, but these analyses have difficulties for practical uses because of complexity and the limitation for their application. In this study, it is shown that the finite element method, using smaller number of isoparametric elements by taking only a part of the beam which includes the hole, can diminish defects of the above two methods and it may represent more satisfactorily the distribution of the local stress concentration around the hole than the other methods which employed linear elements such as in the analysis by Samuel or Redwood. This study presents the effects of moments, shears, and eccentricities of a hole on the distribution of the normal stresses calculated by using the proposed finite element method. Consequently, it is found that the variations of shear force and hole depth give significant effects on the normal stresses around a hole, while the variations of eccentricities of the hole provide a little effect on them. The regression coefficients resulted from the multiple linear regression may be used for estimating the normal stresses around any arbitrary hole in the web of a beam, since the normal stresses guessed by this regression coefficient equation match well the results by the finite element method except the case of large eccentricity.
The fracture processes under dynamic loading in tension were simulated using a proposed numerical approach and analyzed to determine dynamic tensile strength. The dynamic tensile strength and the scatter of the strength data decreased with increasing uniformity coefficients. The differences of static and dynamic tensile strength were due to the stress concentrations and redistribution mechanisms in the rock specimen. Although there were different mechanisms for the static and dynamic fracture processes, the static and dynamic tensile strengths were close to the mean microscopic tensile strength at high values of the uniformity coefficient. This paper shows that the rock inhomogeneity has an effect on dynamic tensile strength and is a factor that contributes to the different specimen strengths under dynamic and static loading conditions.
Kim, Jae-Hyun;Kim, Seul-Ki;Cho, Young-Gun;Yeo, Seung-Hoon;Kim, Kyung-Su;Kim, Sung-Chan;Lee, Jang-Hyun
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.47
no.4
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pp.565-572
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2010
It is difficult to predict the accurate fatigue life of the ship structure because of load uncertainty and load redistribution at the ship structure members. As one of studies for accurate evaluation and prediction of fatigue life, it is a promising way to detect the crack previously by attaching the Fatigue Indicator Sensor (FIS) at the crack prediction region. In order to predict the fatigue life of the ship structure by using FIS, it is required to know previously the crack propagation characteristics according to pre-notch shapes. In this study, we obtained the stress distribution phase, stress concentration factors and stress intensity factor of various pre-notch shapes through FEA. Additionally, we conducted the fatigue test and obtained the characteristics of crack propagation according to the pre-notch shapes through comparison between the fatigue test and the FEA. Consequently, we classified the pre-notch shape into 3 categories: Long, Medium, and Short life type. On the basis of the numerical and experimental results, the FIS can be developed.
Recently, according to the increase of income and development of quality of life, the leisure industry has been developed. In particular, the interest of design and manufacture technology of leisure yacht has significantly increased. However, domestic market of leisure ships is currently in its initiating stage. So research and development for structural strength of leisure yacht need to be investigated. In this study, lug of yacht's mast which is known for a critical damage region is explicitly considered. This paper deals with the estimation of stress concentration factors (SCFs) for lug of yacht's mast depending on dimensions of lug using hot spot stress. Also, SCF formulae is suggested using parametric study.
Park, Jung-Yong;Chung, Yong-Keun;Park, Jong-Jin;Kang, Yong-Ho
Proceedings of the KSME Conference
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2004.11a
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pp.85-89
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2004
The inner side between HP stationary blades in #1 turbine of Nuclear Power Plant A is damaged by the FAC(flow assisted corrosion) which is exposed to moisture. For many years the inner side is repaired by welding the damaged part, however, FAC continues to deteriorate the original material of the welded blade ring. In this study, we have two stages to verify the integrity of stationary blade ring in nuclear power plant A. In the stage I, replication of blade ring is performed to survey the microstructure of blade ring. In the stage II, the stress analysis of blade ring is performed to verify the structural safety of blade ring. Throughout the two stages analysis of blade ring, the stationary blade ring had remained undamaged.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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