Experimental and numerical studies of a newly developed Reduced Beam Section (RBS) connection, called Tubular Web RBS connection (TW-RBS) have been recently conducted. This paper presents experimental and numerical results of extending the plastic hinge length on the beam flange to increase energy dissipation of a proposed version of the TW-RBS connection with two pipes, (TW-RBS(II)), made by replacing a part of flat web with two steel tubular web at the desirable location of the beam plastic hinge. Two deep-beam specimens with two pipes are prepared and tested under cyclic loads. Obtained results reveal that the TW-RBS(II) like its type I, increases story drift capacity up to 6% in deep beam much more than that stipulated by the current seismic codes. Based on test results, the proposed TW-RBS(II) helps to dissipate imposed energy up to 30% more than that of the TW-RBS(I) specimens at the same story drift and also reduces demands at the beam-to-column connection up to 30% by increasing plastic hinge length on the beam flange. The TW-RBS(II) specimens are finally simulated using finite element method showing good agreement with experimental results.
This paper presents a laboratory experiment on data acquisition technique that applied to the gamma radiation scanning coupled with computed tomography (CT) technique for inspection of broken nozzle inside the vertical vessel. The acquisition technique was developed to inspect a large diameter vessel when suspicious problem location is not easily accessed. This technique allows the installation of gamma radiation source (Cesium 137, Cs-137), and detectors (Sodium Iodine. NaI(Tl)) from the accessible location to the required location and performs the scanning by designed pattern. To demonstrate the designed technique, top opened tank which installed with six cut steel pipes diameter of 76.2 mm (3") at a certain position was selected. They were assumed to be a gas riser pipes inside the vessel. Three studied cases were performed, (a) projection of well installed six pipes, (b) projection of one out of six broken pipe and (c) one of nozzle was assumed to be failure and fell down until one out of six pipes was broken and obstructed by nozzle. Results clearly indicated the capability of developed technique to distinguish between normal situation case and abnormal situation cases.
This paper presents ductile fracture simulation of full-scale cracked pipe for nuclear piping materials using the cohesive zone model (CZM). The main objective of this study is to investigate the applicability of CZM to predict ductile fracture of cracked pipes with various crack shapes and under quasi-static/dynamic loadings. The transferability of the traction-separation (T-S) curve from a small-scale specimen to a full-scale pipe is demonstrated by simulating small- and full-scale tests. T-S curves are calibrated by comparing experimental data of compact tension specimens with finite element analysis results. The calibrated T-S curves are utilized to predict the fracture behavior of cracked pipes. Three types of full-scale pipe tests are considered: pipe with circumferential through-wall crack under quasistatic/dynamic loadings, and with 360° internal surface crack under quasi-static loading. Computational results using the calibrated T-S curves show a good agreement with experimental data, demonstrating the transferability of the T-S curves from small-scale specimen.
The purpose of this study is to obtain the natural frequency of fuel supply pipes for vehicle engines through modal analysis and testing and compare the resulting values to ensure the reliability of the analysis. In other words, in this study, we obtain the unique frequency of the fuel pipe of the vehicle engine through analysis and testing and compare its results. Comparing the natural frequency obtained through analysis and testing, the first and third vibration modes obtained accurate natural frequency results of less than 1% and very similar results of less than 5% maximum error over the fourth vibration modes. These results are determined that if design changes of fuel pipes are made depending on the vehicle in the future, there will be no problem in obtaining the natural frequency of pipes that have been changed by analysis. Through future analysis and testing, durability and stability evaluation of connections of fuel supply pipes for vehicle engines will be carried out.
Gao, Hongjie;Li, Xinyu;Nezhad, Abdolreza Hooshmandi;Behshad, Amir
Structural Engineering and Mechanics
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제81권4호
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pp.523-527
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2022
The objective of this study is to simulate the flow in pipes with various boundary conditions. Free-pressure fluid model, is used in the pipe based on Navier-Stokes equation. The models are solved by using the numerical method. A problem called "stability of pipes" is used in order to compare frequency and critical fluid velocity. When the initial conditions of problem satisfied the instability conditions, the free-pressure model could accurately predict discontinuities in the solution field. Employing nonlinear strains-displacements, stress-strain energy method the governing equations were derived using Hamilton's principal. Differential quadrature method (DQM) is used for obtaining the frequency and critical fluid velocity. The results of this paper are analyzed by hyperbolic numerical method. Results show that the level of numerical diffusion in the solution field and the range of well-posedness are two important criteria for selecting the two-fluid models. The solutions for predicting the flow variables is approximately equal to the two-pressure model 2. Therefore, the predicted pressure changes profile in the two-pressure model is more consistent with actual physics. Therefore, in numerical modeling of gas-liquid two-phase flows in the vertical pipe, the present model can be applied.
A pipe is a hollow, long-form part that is primarily used to transport fluids, such as liquids or gases. Pipes are used in a range of applications in different fields from mechanical purposes to architecture and electrical uses. Despite the significance owing to various usability of pipes, few studies have been conducted using the physical property test method. The tensile test is widely used as a method to check the physical properties of the pipe. The existing pipe tension test contains the possibility to cause errors, which are fractures outside the gauge distance and cross-sectional deformation of the pipe. In this study, a novel pipe tension test method using a jig is presented and pipes with various materials are tested. It is expected that the proposed method can reduce errors that occur in conventional pipes and also obtain more accurate values to enable more efficient testing.
In the current research, the nonlinear free vibrations of curved pipes made of functionally graded (FG) carbon nanotube reinforced composite (CNTRC) materials are investigated. It is assumed that the FG-CNTRC curved pipe is supported on a three-parameter nonlinear elastic foundation and is subjected to a uniform temperature rise. Properties of the curved nanocomposite pipe are distributed across the radius of the pipe and are given by means of a refined rule of mixtures approach. It is also assumed that all thermomechanical properties of the nanocomposite pipe are temperature-dependent. The governing equations of the curved pipe are obtained using a higher order shear deformation theory, where the traction free boundary conditions are satisfied on the top and bottom surfaces of the pipe. The von Kármán type of geometrical non-linearity is included into the formulation to consider the large deflection in the curved nanocomposite pipe. For the case of nanocomposite curved pipes which are simply supported in flexure and axially immovable, the motion equations are solved using the two-step perturbation technique. The closed-form expressions are provided to obtain the small- and large-amplitude frequencies of FG-CNTRC curved pipes rested on a nonlinear elastic foundation in thermal environment. Numerical results are given to explore the effects of CNT distribution pattern, the CNT volume fraction, thermal environment, nonlinear foundation stiffness, and geometrical parameters on the fundamental linear and nonlinear frequencies of the curved nanocomposite pipe.
ASME BPVC provides stress evaluation rules for Class 2 and 3 nuclear piping. However, such rules are difficult to be applied to reinforced wall-thinned pipes during service. To resolve this issue, a new method for stress evaluation of reinforced wall-thinned pipes is proposed in this work, based on the equivalent stiffness concept. By converting a reinforced wall-thinned pipe to an equivalent straight pipe having the same stiffness, stress evaluation can be proceeded using the current ASME BPVC rules. The proposed method is applied to pipes with 4 different normal pipe size and the effects of reinforcement and wall-thinning dimensions on evaluated stresses are discussed.
Unlike other facilities, maintaining processes is essential in industrial facilities. Pipe racks, which support pipes of various diameters, are important structures used in industrial facilities. Since the transport process of pipes directly affects the operation of industrial facilities, a fragility curve should be derived based on considering not only the pipe racks' structural safety but also the pipes' transport process. There are several studies where the fragility curves have been determined based on the structural behavior of pipe racks. However, few studies consider the damage criteria of pipes to ensure the transportation process, such as local buckling and tensile failure with surface defects. In this study, an analysis model of a typical straight pipe rack used in domestic industrial facilities is constructed, and incremental dynamic analysis using nonlinear response history analysis is performed to estimate the parameters of the fragility curve by the maximum likelihood estimation. In addition, the pipe rack's structural behavior and the pipe's damage criteria are considered the limit state for the fragility curve. The limit states considered in this paper to evaluate fragility curves are more reasonable to ensure the transportation process of the pipe systems.
Infrastructure facilities contain various pipe systems, which can be considerably damaged by external loads such as earthquakes. Therefore, structural health monitoring (SHM) and safety assessment of pipes are crucial. Digital twin technology for SHM of pipes is important in the industry. This study proposes a digital twin system that estimates the behavior, stress, and external load of real-scale pipes in real time under simultaneous seismic and external loads using a minimum number of sensors. Vibration tests were performed to construct the digital twin system, and a numerical model was developed that considered the dynamic characteristics of a target pipe. Moreover, a reduced-order modeling technique of a numerical model was applied to enhance its real-time performance. The digital twin system successfully estimated the response of the pipe at all points. Verification of the digital twin system was performed by comparing it with the experimental parameters of a real-scale pipe. The proposed digital twin system can help enhance SHM and system's maintenance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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