The pipe fracture tests were performed on 102mm-Sch.80 carbon steel pipe with various local wall thinning shapes, in order to understand failure behavior of thinned pipe. Pipe specimens were subjected to monotonic bending moment, using 4-points loading system, under internally pressurized condition. From the results of experiment, the failure mode, load carrying capacity, and deformability of local wall thinning pipe were investigated. Failure mode of thinned pipe depended on magnitude of internal pressure and thinning length as well as loading direction and thinning depth and angle. The variation in load carrying capacity and deformability of thinned pipe with length of thinned area was determined by stress type appled to thinning region and circumferential thinning angle. Also, the effect of internal pressure on failure behavior was dependent on failure mode of thinned pipe, and it promoted crack occurrence and mitigated local buckling at thinned area.
To understand failure behavior of pipe thinned by flow accelerated corrosion, in this study, the pipe failure tests were performed on 102mm-Sch.80 carbon steel pipe with various local wall thinning shapes, and the failure mode, load carrying capacity, and deformability were investigated. The tests were conducted under loading conditions of 4-points bending and internal pressure. The experimental results showed that the failure mode of thinned pipe depended on magnitude of internal pressure and thinning length as well as loading direction and thinning depth and angle. The variation in load carrying capacity and deformability of thinned pipe with thinning length was determined by stress type appled to the thinning area and circumferential thinning angle. Also, the effect of internal pressure on failure behavior was dependent on failure mode of thinned pipe, and it promoted crack occurrence and mitigated local buckling at thinned area.
The thickness of pipe can be locally reduced during operation due to wall thinning. Due to its significance on structural integrity, many non-destructive detecting techniques and assessment methods are available. In this study, the elastic bending compliance of local wall-thinned pipe is presented in terms of the wall thinning geometry: wall thinning depth, circumferential angle and longitudinal length. Elastic finite element (FE) analysis further shows that the presented equation can be used for any wall thinning shape. The proposed solution differs from FE results by less than 6% for all cases analyzed. The bending compliance increases linearly with increasing longitudinal thinning length and non-linearly with increasing thinning angle and depth.
Effects of circumferentially local wall thinning on the fracture behavior of pipes were investigated by monotonic four-point bending. Local wall thinning was machined on the pipes in order to simulate erosion/corrosion metal loss. The configurations of the eroded area included an eroded ratio of d/t= 0.2, 0.5, 0.6, and 0.8, and an eroded length of ${\ell}\;=10mm,$ 25mm, and 120mm. Fracture type could be classified into ovalization, local buckling, and crack initiation depending on the eroded length and eroded ratio. Three-dimensional elasto-plastic analyses were also carried out using the finite element method, which is able to accurately simulate fracture behaviors excepting failure due to cracking. It was possible to predict the crack initiation point by estimating true fracture ductility under multi-axial stress conditions at the center of the thinned area.
This study performed burst tests using real-scale pipe elbow containing simulated local wall-thinning to evaluate the effects of circumferential thinning angle and bending load on the failure pressure of wall-thinned elbow. The tests were carried out under the loading conditions of internal pressure and combined internal pressure and bending loads. Three circumferential thinning angles, ${\theta}/{\Pi}=0.125,\;0.25,\;0.5$, and different thinning locations, intrados and extrados, were considered. The test results showed that the failure pressure of wall-thinned elbow decreased with increasing circumferential thinning angle for both thinning locations. This tendency is different from that observed in the wall-thinned straight pipe. Also, the failure pressure of intrados wall-thinned elbow was higher than that of extrados wall-thinned elbow with the same thinning depth and equivalent thinning length. In addition, the effect of bending moment on the failure pressure was not obvious.
Local wall thinning is a point of concern in almost all steel structures such as pipe lines covered with a thermal insulator made up of materials with low thermal conductivity(fiberglass or mineral wool); hence, Non Destructive Technique(NDT) methods that are capable of detecting the wall thinning and defects without removing the insulation are necessary. In this study we developed a Pulsed Eddy Current(PEC) system to detect the wall thinning of Ferro magnetic steel pipes covered with fiber glass thermal insulator and shielded with Aluminum plate. The developed system is capable of detecting the wall thickness change through an insulation of thickness 10cm and 0.4mm aluminum shielding. In order to confirm the thickness change due to wall thinning, two different sensors, a hall sensor and coil sensor were used as a detecting element. In both cases, the results show a very good change corresponding to the thickness change of the test specimen. During these experiments a carbon steel tube of diameter 210mm and a length of 620mm, which is covered with insulator of 95mm thickness was used. To simulate the wall thinning, the thickness of the tube is changed for a specified length such as 2.5mm, 5mm and 8 mm from the inner surface of the tube. A 0.4mm thick Aluminum plate was covered on the Test specimen to simulate the shielding of the insulated pipelines. For both hall sensor and coil detection methods Fast Fourier transform(FFT) was calculated using window approach and the results for the test specimen without Aluminum shielding were summarized which shows a clear identification of thickness change in the test specimen by comparing the magnitude spectra. The PEC system can detect the wall thinning under the 95 mm thickness insulation and 0.4 mm Al shielding, and the output signal showed linear relation with tube wall thickness.
본 연구에서는 감육결함이 가공된 실배관 곡관 시편을 대상으로 10 MPa의 내압과 반복 굽힘하중 조건에서 피로 시험을 수행하였다. 시험에는 감육결함이 곡관의 외호부와 내호부에 존재하는 경우를 고려하였으며, 반복 하중으로는 완전 역방향의 변위제어 형태로 작용되는 In-plane 상의 굽힘하중이 고려되었다. 실험 결과, 감육결함이 곡관의 외호부에 존재하는 경우에는 결함부가 아닌 곡관의 측면에서 축방향 균열이 생성되었다. 또한, ASME Sec.III의 설계 피로곡선에서 예측된 건전 곡관의 피로수명보다 긴 피로수명을 보였으며, 피로수명이 결함 길이에 크게 영향을 받지 않았다. 반면, 결함이 내호부에 존재하는 곡관은 내호부에서 원주방향 균열이 발생하였으며, 피로수명은 ASME Sec.III의 설계 피로곡선에서 예측한 건전 곡관의 피로수명보다 짧은 값을 보였다. 또한, 내호부 감육 곡관의 피로수명은 결함 길이가 감소함에 따라 뚜렷이 감소하였다.
The purpose of this study is to evaluate the effect of local wall thinning on the collapse of elbow subjected to internal pressure and bending moment. Thus, the nonlinear 3D finite element analyses were performed to obtained collapse moment of elbow containing various wall thinning defects under two loading; modes (closing and opening modes) and defect locations (intrados and extrados). From the results of analyses, the influence of wall thinning defect on the global moment-rotation behavior of elbow was discussed, and the dependance of collapse moment of elbow on wall thinning depth, length, and circumferential angle was investigated under different loading mode and defect location.
The purpose of this study is to investigate the effect of local wall thinning on the collapse of elbow subjected to internal pressure and bending moment. Thus, the nonlinear three-dimensional finite element analyses were performed to obtain the collapse moment of elbow containing various wall thinning defects located at intrados and extrados under two loading modes (closing and opening modes) with internal pressure. From the results of analysis, the effect of wall thinning defect on the global moment-rotation behavior of elbow was discussed, and the dependence of collapse moment of elbow on wall thinning depth, length, and circumferential angle was investigated under different loading mode and defect location.
Elbows with various shapes of local wall thinning were numerically analyzed by finite element method to get load-displacement curves and the maximum loads. Results were compared with the experimental data obtained by another study. Elastic-plastic analysis were carried out under the combined loading conditions of internal pressure and in-plane bending loads. Two types of bending loads were considered such as elbow opening mode and elbow closing mode. Also, two different wall thinning geometries were modeled. Wall thinning area located extrados or intrados of elbow inner surface was considered. Longitudinal and circumferential lengths of the thinning area and the thinned thickness were varied for analysis. The results showed that the maximum load of the wall-thinned elbow decreased with increasing of the circumferential thinning length and the thinned thickness in both of extrados and intrados thinning locations in both loading types. The maximum load obtained by the analysis were in good agreement with the experimentally measured maximum load with the same wall thinning type and dimensions. This supports accuracy of the analysis results obtained in this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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