This paper investigates the load sharing of double circular arc helical gears considering the influence of assembly errors. Based on a load sharing formulae, a three-dimensional finite element tooth contact analysis (TCA) is implemented with commercial software package ANSYS. The finite element grid for the double circular arc gear contact model is automatically generated by using the APDL (ANSYS Parameter Design Language) embedded in ANSYS. The realistic rotation of gears is achieved by using a coupling degree-of-freedom method. Numerical simulations are carried out to exemplify the proposed approach. The distribution of contact stress and bending stress under specific loading conditions are computed and compared with those obtained from Hertz contact theory and empirical formulae to demonstrate the efficiency of the proposed load sharing calculation formulae and TCA approach.
A method to apply the approximation formulae[1] for tooth fillet and root stresses of a thin-rimmed rack to the calculation of stress state of thin-rimmed external and internal spur gears is introduced. The stress values by the method proposed in this paper have shown good agreement with those by the REM analysis and also by the stress measurement of strain survey investigation. By this method, reliable stress state at tooth fillet and root areas in the thin-rimmed external and internal spur gears can be easily calculated, and a practical design method for the bending strength of such thin-rimmed gears is established.
본 논문에서는 이러한 점에 대처하고 얇은 림 내접치차의 이뿌리응력을 해석, 이 결과를 종합하여 얇은 림 내접치차의 이뿌리응력을 간편하게 계산할 수 있는 근사 계산식을 작성한다. 또 스트레인게이지에 의한 이뿌리응력의 실측치와 이계산식에 의한 계산응력치를 비교검토하여 이 계산식의 계산정밀도 및 신뢰성을 검토하기로 한 다.
In re-assessing the Jacket-type fixed steel structures, the current standards often allow the simplicity of corrosion sections using local buckling or equivalent section approach to applying empirical formulae of frame stress and resistance analyses. However, those approaches can lead to significant errors for non-uniform corroded frames in a specific area, including force distribution, stress, and allowable strength of the tubular section, compared to the actual cases. This paper investigates a suitable approach to determine the actual stress on non-uniform corroded tubular frames under compression through the non-linear ABAQUS model by considering the effect of large deformation on the frame axis and the frame section. There are 3 scenarios of interest. In the 1st and 2nd scenarios with simple corrosion cases, the stress ratios using the numerical model and theoretical formulae correspond to the calculation of allowable strength reduction ratios in standards. However, scenario 3, which describes non-uniform corroded sections based on survey data, provides considerable differences in results. Therefore, it proves the reliable and effective results when using this method to analyze the resistance of the actual corroded section in the Jacket platforms.
용접이음부재에서 피로강도에 큰 영향을 미치는 용접부의 응력집중계수를 추정하였다. 여기서는 하중전달형 십자필렛용접이음부를 그 대상으로 하였다. 필렛용접이음부에서 토우파괴를 일으키는 피로균열발생부인 용접토우부의 응력집중계수를 구하기 위해 인장하중하에서 토우부의 적정 요소 크기를 검토하고 여러 파라메타들의 값을 변화시켜 유한요소 응력해석을 수행하였다. 즉 용접토우부의 형상인 토우각 및 곡률반경의 영향과 용입부족부 길이의 변화를 동시에 고려한 응력집중계수를 정량적으로 구하였다. 그리고 그 결과를 이용하여 응력집중계수 추정식을 유도하였다.
Wind-excited vibrations of slender structures can induce fatigue damage and cause structural failure without exceeding ultimate limit state. Unfortunately, the growing importance of this problem is coupled with an evident lack of simple calculation criteria. This paper proposes a mathematical method for evaluating the crosswind fatigue of slender vertical structures, which represents the dual formulation of a parallel method that the authors recently developed with regard to alongwind vibrations. It takes into account the probability distribution of the mean wind velocity at the structural site. The aerodynamic crosswind actions on the stationary structure are caused by the vortex shedding and by the lateral turbulence, both schematised by spectral models. The structural response in the small displacement regime is expressed in closed form by considering only the contribution of the first vibration mode. The stress cycle counting is based on a probabilistic method for narrow-band processes and leads to analytical formulae of the stress cycles histogram, of the accumulated damage and of the fatigue life. The extension of this procedure to take into account aeroelastic vibrations due to lock-in is carried out by means of ESDU method. The examples point out the great importance of vortex shedding and especially of lock-in concerning fatigue.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제4권1호
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pp.2-22
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1980
In the earlier days, when the diesel engine was used for ship propulsion, its shaft had often been broken by uncertain causes. Bauer suggested, for the first time in 1900, that it resulted from the torsional vibration of the shaft system. From 1901 to 1902, Gumbel and Frahm found out that shaft failures were caused by the resonance of the shaft system in critical speed. Since that time, valuable theories, empirical formulae and methods of vibration analysis were introduced by many investigators such as Geiger, Holzer, Lewis, Carter, Porter, Constant, Timoshenko, Dorey, Den Hartog, Tuplin, Ker Wilson, Bradbury etc. But, as the calculation of the damping energy involves very complicated and uncertain factors, the estimated amplitude of the torsional vibration is incorrect and uncertain. Besides, as high-powered engines have been installed on large vessels or special vessels and exciting force has been increased, new problems of the torsional vibration have continuously occurred. Although we can calculate the approximate natural frequencies or estimate their amplitude and additional stress in the design stage, through the above mentioned studies, the results of the calculations are unsatisfactory, and so much time is needed to carry out the calculation by hand. The authors have developed a computer program to calculate its natural frequencies, the amplitudes and additional stresses of the torsional vibration in the marine diesel engine shafting. In developing the computer program, the authors have paid the special attention to the calculation of the damping energy. To verify the reliability of the developed computer program, the torsional vibration of several propulsion shaftings which are driven by the diesel engine has been analyzed. The results calculted by the authors' computer program show good agreements with those of the actual measurements and are better than the results of engine maker's calculation.
Zhang, Wenfu;Gardner, Leroy;Wadee, M. Ahmer;Zhang, Minghao
국제강구조저널
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제18권4호
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pp.1440-1463
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2018
The Wagner coefficient is a key parameter used to describe the inelastic lateral-torsional buckling (LTB) behaviour of the I-beam, since even for a doubly-symmetric I-section with residual stress, it becomes a monosymmetric I-section due to the characteristics of the non-symmetrical distribution of plastic regions. However, so far no theoretical derivation on the energy equation and Wagner's coefficient have been presented due to the limitation of Vlasov's buckling theory. In order to simplify the nonlinear analysis and calculation, this paper presents a simplified mechanical model and an analytical solution for doubly-symmetric I-beams under pure bending, in which residual stresses and yielding are taken into account. According to the plate-beam theory proposed by the lead author, the energy equation for the inelastic LTB of an I-beam is derived in detail, using only the Euler-Bernoulli beam model and the Kirchhoff-plate model. In this derivation, the concept of the instantaneous shear centre is used and its position can be determined naturally by the condition that the coefficient of the cross-term in the strain energy should be zero; formulae for both the critical moment and the corresponding critical beam length are proposed based upon the analytical buckling equation. An analytical formula of the Wagner coefficient is obtained and the validity of Wagner hypothesis is reconfirmed. Finally, the accuracy of the analytical solution is verified by a FEM solution based upon a bi-modulus model of I-beams. It is found that the critical moments given by the analytical solution almost is identical to those given by Trahair's formulae, and hence the analytical solution can be used as a benchmark to verify the results obtained by other numerical algorithms for inelastic LTB behaviour.
FRP-concrete interfacial mechanical properties determine the strengthening effect of RC beams strengthened with FRP. In this paper, the model experiments were carried out with eight specimens to study the failure modes and the strengthening effect of RC beams strengthened with FRP. Then a theoretical model based on interfacial performances was proposed and interfacial mechanical behaviors were studied. Finite element analysis confirmed the theoretical results. The results showed that RC beams strengthened with FRP had three loading stages and that the FRP strengthening effects were mainly exerted in the Stage III after the yielding of steel bars, including the improvement of the bearing capacity, the decreased ultimate deformation due to the sudden failure of FRP and the improvement of stiffness in this stage. The mechanical formulae of the interfacial shear stress and FRP stress were established and the key influence factors included FRP length, interfacial bond-slip parameter, FRP thickness, etc. According to the theoretical analysis and experimental data, the calculation methods of interfacial shear stress at FRP end and FRP strain at midspan were proposed. When FRP bonding length was shorter, interfacial shear stress at FRP end was larger that led to concrete cover peeling failure. When FRP was longer, FRP reached the ultimate strain and the fracture failure of FRP occurred. The theoretical results were well consistent with the experimental data.
Methods for predicting the ultimate/buckling strength of ship structures have been extensively improved in terms of design formulas and analytical solutions. In recent years, the design strategy of ships and offshore structures has tended to emphasize lighter builds and improve operational safety. Therefore, the corresponding geometrical changes in design necessitate the use of high-tensile steel and thin plates. However, the existing design formulas were mainly developed for thick plates and mild steels. Therefore, the calculation methods require appropriate modification for new designs beased on high-tensile steel and thin plates. In this study, a modified formula was developed to predict the ultimate strength of thin steel plates subjected to compressive and shear loads. Based on the numerical results, the effects of the yield stress, slenderness ratio, and loading condition on the buckling/ultimate strength of steel plates were examined, and a newly modified double-beta parameter formula was developed. The results were used to derive and modify existing closed-form expressions and empirical formulas to predict the ultimate strength of thin-walled steel structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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