This study provides a simplified method for the evaluation of shear lag stress in rectangular box T-joints. The occurrence of shear lag phenomenon in the box T-joint generates stress concentration localized at both web-flange junctions of the beam, which leads to cracking or failure in the weld region of the joint. To prevent such critical circumstance, peak stress at the weld region is required to be checked during a preliminary design stage. In this paper, the shear lag stresses in the T-joints were evaluated using least-work solution in which the longitudinal displacements of the beam flange and web were presumed. The evaluation process considered particularly the effect of column flange flexibility, which was represented by an axial spring model, on the shear lag stress distribution. A simplified method for stress evaluation was provided to avoid solving complex mathematical problems using a stress modification factor βs from a parametric study. The results showed that the proposed method was valid for predicting the shear lag stress in the box T-joints manually, as well compared with finite element results. The results are further summarized, discussed, and clarified that more flexible column flange caused higher stress concentration.
The long neck flange is used to connect piping arrangements where the lap joint is applied. Generally, the component can be manufactured by welding, but this method is both time and cost intensive. Embrittlement at the heat affected zones was also considered. A spinning method developed to improve the manufacturing process and solve the problems of welding. The flange area of the long neck flange can be formed by changing the direction of the metal flow, from axial to radial, while maintaining pressure by using an outer mold and a lap roller. A modified process was additionally developed using a round roller rather than the outer mold. In this modification, the round roller can form the shape of all sizes of long neck flange. Using these flexible methodologies, the cost to prepare outer molds and the time to install and remove the molds can be significantly reduced.
Vehicle body frame stiffness affects the dynamic and static characteristics. Vehicle frame structural performance is greatly affected by crossmember and joint design. While the structural characteristics of these joints vary widely, there is no known tool currently in use that quickly predicts joint stiffness early in design cycle. This paper presents the joint design factors affecting on low frequency vibration. The joint factors are joint panel thickness, section property, flange width and weld point space. To study the effect on vehicle low frequency vibration, case studies for these factors are performed. And Sensitivity analysis for section property is performed. The result can present design guide for high-stiffness vehicle.
To achieve a rational detail of the girder-abutment joints in composite integral bridges, and validate the performance of the joints with perfobond connectors, this paper proposes two innovative types of I-shaped steel girder-concrete abutment joints with perfobond connectors intended for the most of bearing capacity and the convenience of concrete pouring. The major difference between the two joints is the presence of the top flange inside the abutments. Two scaled models were investigated with tests and finite element method, and the damage mechanism was revealed. Results show that the joints meet design requirements no matter the top flange exists or not. Compared to the joint without top flange, the initial stiffness of the one with top flange is higher by 7%, and the strength is higher by 50%. The moment decreases linearly in both types of the joints. At design loads, perfobond connectors take about 70% and 50% of the external moment with and without top flange respectively, while at ultimate loads, perfobond connectors take 53% and 26% of the external moment respectively. The ultimate strengths of the reduced sections are suggested to be taken as the bending strengths of the joints.
Bolted joint assembly for nuclear power plants consists of various components : cover plate, retainer plate, manway flange, gasket and stud bolts/nuts. To guarantee the soundness of the joint, it is important to prevent leakage through the gasket and reduce the stress concentration factor at the thread root. In this paper, Submodeling technique for the finite element method is proposed to accurately compute three dimensional contact stresses which govern the sealing performance and the maximum contact stresses at the threads root. For verification of global solutions used as boundary conditions of submodel solution, the stresses on the cover plate and the manway flange are measured by strain gages when internal pressure is applied to the bolted joint assembly. The numerical results are compared with the experimental results.
A flange joint is a pipe connection used to prevent the leakage of high-pressure fluids by inserting a gasket and tightening the bolts. Among several kinds of gaskets available, metal ring type joint gaskets are most widely used in conditions that require high-temperature and high-pressure fluid flow, such as oil pipelines, gas pipes, pumps, valve joints, etc. The purpose of this study is to investigate the contact pressure and stress characteristics closely related to the sealing performance of Class 900 flange joints used in high temperature and high pressure environments. The dimensions of flange joints with five different nominal pipe sizes were determined with reference to those specified in ASME 16.5. The metal ring gaskets inserted in the joints were octagonal and oval gaskets. The bolt tensile forces calculated from the tightening torques were input as the bolt pretension loads in order to determine the contact pressure and stress levels after fastening. Loading was composed of three steps, including the fastening step, and different amounts of applied pressures were used in each analysis to investigate the effect of fluid pressure on the contact force of the joints. A general-purpose software, ANSYS 17.2, was used for the analysis.
Zhen Zhu;Haitao Song;Mingchi Fan;Hao Yu;Chenglong Wu;Chunying Zheng;Haiyang Duan;Lei Wang
Steel and Composite Structures
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제52권4호
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pp.405-418
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2024
To study the influence of different reduced beam section (RBS) on the mechanical performance of modular boltedwelded hybrid connection joints (MHCJs), this article uses ABAQUS to establish and verify the finite element model (FEM) of the test specimens on the basis of quasi-static test research. Based on, 14 joint models featuring different RBS are devised to evaluate their influence on seismic behavior, such as joint failure mode, bending moment (M)-rotation angle (θ) curve, ductility, and energy consumption. The results indicate that when the flange and web are individually weakened, they alleviate to some extent the concentrated stress of the core module (CM) and column end steel skeleton in the joint core area, but both increase the stress on the flange connecting plate (FCP). At the same time, the impact of both on seismic performance such as bearing capacity, stiffness, and energy consumption is relatively small. When simultaneously weakening the flange and web of the steel beam, forming plastic hinges at the weakened position of the beam end, significantly alleviated the stress concentration of the CM and the damage at the FCP, improving the overall deformation and energy consumption capacity of joints. But as the weakening size of the web increases, the overall bearing capacity of the joint shows a decreasing trend.
액체 로켓 엔진의 극저온 고압 배관에 사용할 목적으로 구형 플랜지를 설계하였다. 설계된 구형 플랜지는 결합 부품 간 중심축이 최대 $2.5^{\circ}$의 오차가 있어도 플랜지 조립이 가능하며 기밀을 유지할 수 있어 엔진 조립 자유도를 증가 시킬 수 있다. 구형 플랜지는 볼, 소켓 형태의 결합부와 금속 실, 구형 볼트와 와셔로 구성되어 있다. 구형 플랜지 시제품을 제작하여 상온 기밀시험, 극저온 기밀시험, 상온 강도시험, 상온 파괴시험을 수행하여 성능을 검증하였다.
액체 로켓 엔진의 극저온 고압 배관에 사용할 목적으로 구형 플랜지를 설계하였다. 설계된 구형 플랜지는 결합 부품 간 중심축에 최대 $2.5^{\circ}$의 오차가 있어도 플랜지 조립이 가능하며 기밀을 유지할 수 있어 엔진 조립 자유도를 증가 시킬 수 있다. 구형 플랜지는 볼, 소켓 형태의 결합부와 금속 실, 구형볼트와 와셔로 구성되어 있다. 구형 플랜지 시제품을 제작하여 상온 기밀시험, 극저온 기밀시험, 상온 강도시험, 상온 파괴시험을 수행하여 성능을 검증하였다.
본 연구에서는 콘크리트피복 원형충전강관 기둥을 적용한 합성구조 접합부의 거동특성과 내진성능을 평가하기 위하여, 기둥-플랜지 접합부에 대한 인장실험과 보-기둥 접합부에 대한 반복하중 실험을 수행하였다. 기둥-플랜지 인장실험은 피복콘크리트의 유무와 플랜지 폭, 인장철근 보강을 변수로 하여 5개의 실험체에 대하여 하중재하능력과 파괴모드를 분석하였다. 실험결과, 접합부에서의 플랜지 단부 폭을 200mm에서 350mm로 증가시킬 경우 연결부의 강도 및 강성이 각각 1.61배와 1.56배가 증가했고, 인장철근을 보강할 경우 추가적으로 강성과 강도가 각각 1.35배와 1.92배 증가했다. 접합부 반복하중 실험에서는 접합 상세를 변수로 3개의 외부접합부 실험체를 구성했다. 접합부 보강상세로는 인장철근 보강과 강관의 두께, 수직강판 보강을 고려하였다. 모든 접합부 실험체는 보에서 뚜렷한 휨항복이 발생하였으며 접합부의 손상은 제한적이었다. 특히, 강재보가 강관에 직접 용접되는 경우 보의 웨브를 통해서도 하중이 전달되기 때문에, 플랜지 인장실험 결과보다 보수적인 설계가 가능하며, 접합부 강관 두께를 증가시키거나 수직강판으로 보강한 경우에는 추가적으로 패널존의 전단내력이 증가하는 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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