Based on three-dimensional (3-D) FE limit analyses, this paper provides plastic limit and TES(Twice-Elastic-Slope) loads for pipe bends under combined pressure and out-of-plane bending. The plastic limit loads are determined from FE limit analyses based on elastic-perfectly-plastic materials using the small geometry change option, and the FE limit analyses using the large geometry change option provide TES plastic loads. A wide range of parameters related to the bend geometry is considered. Based on the FE results, closed-form approximations of plastic limit and TES plastic load solutions for pipe bends under out-of-plane bending are proposed.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.6
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pp.56-64
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2004
Several types of steel structures which are employed in offshore petroleum activities are constructed with tubular members. These structures are usually subjected to various types of loads such as normal functional loads and environmental loads. Furthermore, accidental loads may also act on the leg or bracing members due to supply boat collisions and objects droppings from platform decks. The extent of damage caused by these loads ranges from total collapse of the structure to small damage which may not have serious consequence at the time of accident. To make optimal design decisions regarding structural safety and economical efficiency, it is very important to be able to assess the influence of damages on the performance of damaged structural members. In the End report, a series of calculations is performed to study the effects of different parameters on the load carrying capacity of such damaged members under pure bending. And the results of analysis are compared with experiment results.
The effect of dead loads on dynamic responses of uniform elastic beams is examined by means of a governing equation which takes into account initial bending stress due to dead loads. First, the governing equation of beams which includes the effect of dead loads is briefly presented from the author's paper (Takabatake 1990). In the formulation the effect of dead loads is considered by strain energy produced by conservative initial stresses produced by the dead loads. Second, the effect of dead loads on dynamical responses produced by live loads in simply supported beams and clamped beams is confirmed by the results of numerical computations with the Galerkin method and Wilson-${\theta}$ method. It is shown that the dynamical responses, like dynamic deflections and bending moments produced by dynamic live loads, are decreased in a heavyweight beam when the effect of dead loads is included. Third, an approximate solution for dynamic deflections including the effect of dead loads is presented in closed-form. The proposed solution shows good in agreement with results of numerical computations with the Galerkin method and Wilson-${\theta}$ method. Finally, a method reflecting the effect of dead loads for dynamic responses of beams on the magnitude of live loads is presented by an example.
Neck muscle forces and spinal loads at the C4/5 level were estimated that result from isometric voluntary ramp efforts gradually developing to maximums in flexion, extension, left lateral bending and right lateral bending. Electromyographic (EMG) activities, a three-dimensional anatomic data of the neck and a hybrid model, EMG-assisted optimization (EMGAO) model, were used. The model computed the cervical loads at 25%,50%,75%, and 100% of peak moments. The highest model-predicted C4/5 joint compressive forces occurred during flexion; $361\;({\pm}164)\;N,\;811\;({\pm}288)\;N,\;1207\;({\pm}491)\;N\;and\;1674\;({\pm}319)\;N$ in 25%, 50%, 75% and 100% of peak moment respectively. Variations in load distribution among the agonistic muscles and co-contractions of antagonistic muscles were estimated during ramp efforts. Results suggest that higher C4/5 joint loads than previously reported are possible during isometric, voluntary muscle contractions. These higher physiological loads at C4/5 level must be considered possible during orthopedic reconstruction at this level.
Tests were conducted on two partially pre-stressed concrete solid beams subjected to combined loading of bending, shear and torsion. The beams were designed using the Direct Design Method which is based on the Lower Bound Theorem of the Theory of Plasticity. Both beams were of $300{\times}300mm$ cross-section and 3.8 m length. The two main variables studied were the ratio of the maximum shear stress due to the twisting moment, to the shear stress arising from the shear force, which was varied between 0.69 and 3.04, and the ratio of the maximum twisting moment to the maximum bending moment which was varied between 0.26 and 1.19. The required reinforcement from the Direct Design Method was compared with requirements from the ACI and the BSI codes. It was found that, in the case of bending dominance, the required longitudinal reinforcements from all methods were close to each other while the BSI required much larger transverse reinforcement. In the case of torsion dominance, the BSI method required much larger longitudinal and transverse reinforcement than the both the ACI and the DDM methods. The difference in the transverse reinforcement is more pronounce. Experimental investigation showed good agreement between design and experimental failure loads of the beams designed using the Direct Design Method. Both beams failed within an acceptable range of the design loads and underwent ductile behaviour up to failure. The results indicate that the Direct Design Method can be successfully used to design partially prestressed concrete solid beams which cater for the combined effect of bending, shear and torsion loads.
Kim, Mun-Sung;Park, Jong-Jin;Kim, Byung-Woo;Eom, Jae-Kwang
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.3
no.1
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pp.95-104
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2011
As sea state harsher in the ocean space, more large motion and wave loads occurs on ships hull by non-linear phenomena. To consider nonlinear effect on ships hull in the structural design verification, the direct calculation method with numerical approach is used rather than rule values for the reliable accuracy. In this paper, the non-linear wave loads analysis in time domain is performed by using a Rankine Panel Method together with numerical schemes. Linear calculations have been carried out based on DNV CSA-2 notation to generate the motion responses and wave loads of large ships. By short and long term analysis, the design wave amplitudes are selected for the nonlinear analysis. The maximum wave induced bending moment in hogging and sagging conditions are calculated in the nonlinear analysis. Also, the green water effect on the wave induced vertical bending moment was investigated. The results show the vertical bending moments are more influenced by green water in sagging condition than in hogging condition due to green water loading.
Finite-element analysis based on elastic-perfectly plastic material was conducted to examine the influence of structural deformations on collapse loads of circumferential through-wall critically cracked $90^{\circ}$ pipe bends undergoing in-plane closing bending and internal pressure. The critical crack is defined for a through-wall circumferential crack at the extrados with a subtended angle below which there is no weakening effect on collapse moment of elbows subjected to in-plane closing bending. Elliptical and semioval cross sections were postulated at the bend regions and compared. Twice-elastic-slope method was utilized to obtain the collapse loads. Structural deformations, namely, ovality and thinning, were each varied from 0% to 20% in steps of 5% and the normalized internal pressure was varied from 0.2 to 0.6. Results indicate that elliptic cross sections were suitable for pipe ratios 5 and 10, whereas for pipe ratio 20, semioval cross sections gave satisfactory solutions. The effect of ovality on collapse loads is significant, although it cancelled out at a certain value of applied internal pressure. Thinning had a negligible effect on collapse loads of bends with crack geometries considered.
To obtain design data for built-up beams used as headers in light-frame timber construction, three members of $2{\times}6$ ($38{\times}140 mm$), $2{\times}8$ ($38{\times}184 mm$), $2{\times}10$ ($38{\times}235 mm$) and $2{\times}12$ ($38{\times}286 mm$) were built up as specimens of bending tests. The bending strengths of built-up headers were obtained through bending tests of these specimens, and it was considered that span tables can be calculated for various loading conditions based on the bending strengths of built-up headers. The bending strengths of built-up headers were determined as the bending stresses at 10 mm deflection of specimens from the results of bending tests of built-up beam specimens. Span tables for built-up headers were considered to be obtained by assuming five loading conditions for headers used in exterior walls and two loading conditions for headers used in interior walls. Among these 7 loading conditions, 5 loading conditions applied to headers in exterior walls included dead loads, live loads and snow loads and 2 loading conditions applied to headers in interior walls included dead loads and live loads.
Rigorous analytical solutions are obtained for the plane stress problem of a rectangular plate subjected to non-linearly distributed bending loads on two opposite edges. They are then used in a Galerkin type solution to obtain the corresponding convergent buckling loads. It is shown that the critical bending moment depends significantly on the actual edge load distribution and further the number of nodal lines of the buckled configuration can also be different from that corresponding to a linear antisymmetric distribution of the bending stresses. Results are tabulated for future use while judging approximate numerical solutions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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