The purpose of this study is to investigate the influence of weld bead profiles on stress concentration factors of double V groove butt-welded joints. The influence of three parameters such as toe radii, flank angles and bead heights on the stress concentration factors is studied by finite element analysis. It is shown that the three parameters have similar effects on the stress concentration factors. Finally a formula to estimate the stress concentration factors considering the three parameters and others is proposed and estimated results are compared with the results obtained by finite element analysis.
Fatigue life estimation by the theoretical stress concentration factors are, in general, considerably different from test results. And in calculating stress concentration factor, it is very difficult to consider actual geometry and material property which are the notch shapes, imperfections or defects of materials such as porosities inclusions and casting defects, etc. Therefore, the paper deals with the experimental method to find out the more exact stress concentration factors by measuring the strain distributions on each specimen by 3D-ESPI(Electronic Speckle Pattern Interferometry) System. Then the fatigue lives are compared between theoretical calculations using stress concentration factors determined by 3D-ESPI system and fatigue test results
The stress concentration ratio in accordance with area replacement ratios were considered as core elements of design. However, the stress concentration ratio will be vary depends on progress of consolidation in clay ground. And, since it is not sure to know the affecting factors accurately, the value is decided based on field experiences. To use SCP method more effective and correspond to soil improvement, the decision on proper area replacement ratio through the exact stress concentration ratio is very important. Accordingly, a numerical analysis on influence of various factors that needed to make rational designing guide for decision of proper area replacement ratio to stress concentration ratio was executed in this study.
Fatigue life estimation by the theoretical stress concentration factors are, in general, considerably different from test results. And in calculating stress concentration factor, it is very difficult to consider actual geometry and material property which are the notch shapes, imperfections or defects of materials such as porosities inclusions and casting defects, etc. Therefore, the paper deals with the experimental method to find out the more exact stress concentration factors by measuring the strain distributions on each specimen by 3D-ESPI(Electronic Speckle Pattern Interferometry) System. Then the fatigue lives are compared between theoretical calculations using stress concentration factors determined by 3D-ESPI system and fatigue test results.
단순보와 외팔보의 U-노치 및 균열에 대한 응력집중계수 및 응력확대계수를 유한요소법 및 광탄성실험에 의해 해석하였다. 해석결과를 사용하여 응력집중계수 및 응력확대계수의 추정 그래프를 얻었다. 노치의 응력집중계수해석을 위하여 무차원 노치 길이 H(시편의 높이)/h=1.1~2, 무차원 틈 간격 r(노치선단의 반경)/h=0.1~0.5로 하였다. 여기서 h=H-c, c=노치길이이다. 해석결과 틈 길이가 증가할수록 그리고 틈 간격이 좁아질수록 응력집중계수는 증가 한다. 응력집중계수는 단순보가 외팔보다 더 크게 나타나나, 실제 일정한 하중과 노치길이 및 틈 간격 하에서 최대 응력값은 단순보보다 외팔보에서 크게 발생함을 알 수 있었다. 균열해석을 위하여 무차원 균열길이 a(균열길이)/H=0.2~0.5로 하였다. 균열의 길이가 증가 할수록 무차원 응력확대계수는 증가한다. 일정한 하중과 일정한 균열길이하에 응력확대계수값은 단순보 보다 외팔보에서 크게 발생함을 알 수 있었다.
The present work complies the elastic stress concentration factor for a pipe with local wall thinning, based on detailed three-dimensional elastic FE analysis. To cover practically interesting cases, a wide range of pipe and defect geometries are considered, and both internal pressure and global bending are considered. Resulting values of stress concentration factors are tabulated for practical use, and the effect of relevant parameters such as pipe and defect geometries on stress concentration factors are discussed. The present results would provide valuable information to estimate fatigue damage of the pipe with local wall thinning under high cycle fatigue.
The stress analysis on orthotropic composite cylindrical shells with one circular or one elliptical cutout subjected to an axial force is carried out by using an analytical and experimental method. The composite cylindrical shell governing equation of the Donnell's type is applied to this study and all results are presented by the stress concentration factor. The stress concentration factor is defined as the ratio of the stress on the region around a cutout to the nominal stress of the shell. The stress concentration factor is classified into the circumferential stress concentration factors and the radial stress concentration factors due to the cylindrical coordinate of which the origin is the center of a cutout. The considered loading condition is only axial tension loading condition. In this study, thus, the maximum stress is induced on perpendicular region against axial direction, on the coordinate. Various cutout sizes are expressed using the radius ratio, (equation omitted), which is the radius of a cutout over one of the cylindrical shell. Experimental results are obtained using strain gages, which are attached around a cutout of the cylindrical shell. As the result from this study, the stress concentration around a cutout can be predicted by using the analytical method for an orthotropic composite cylindrical shell having a circular or an elliptical cutout.
A fatigue damage caused by cyclic load is considered as one of the important failure mechanisms that threaten the integrity of structures and components in a nuclear power plant. In ASME code section III NB, the fatigue analysis procedure and standard S-N curves for the class 1 components are described and these criteria should be met at the design step of components. As the current ASME S-N curves are based on the very conservative assumptions such as a local stress concentration effect, immoderate transient frequencies and a constant Young's modulus, however, they can not precisely address the fatigue behavior of components. In order to find out the technical solution for these problems, a number of researches and discussion have been carried out continuously at home and abroad over the decades. In this study, detailed fatigue analyses for DVI nozzle with various mesh density of finite elements were performed to evaluate effect of stress concentration factors on the fatigue analysis procedure and the excessive conservatism of stress concentration factors are confirmed through the analysis results.
The shear lag has been studied for many years. Nevertheless, existing research gives a variety of stress concentration factors. Unlike the elementary beam theory, the application of load is not unique in reality. For example, concentrated load can be applied as point load or distributed load along the height of the web. This non-uniqueness may be a reason for the discrepancy of the stress concentration factors in the existing studies. The finite element method has been often employed for studying the effect of the shear lag. However, not many researches have taken into account the influence of the finite element mesh on the shear lag phenomenon, although stress concentration can be quite sensitive to the mesh employed in the finite element analysis. This may be another source for the discrepancy of the stress concentration factors. It also needs to be noted that much less studies seem to have been conducted for the shear lag effect on deflection while some design codes have formulas. The present study investigates the shear lag effect in a simply supported box girder by the three-dimensional finite element method using shell elements. The whole girder is modeled by shell elements, and extensive parametric study with respect to the geometry of a box girder is carried out. Not only stress concentration but also deflection is computed. The effect of the way load is applied and the dependency of finite element mesh on the shear lag are carefully treated. Based on the numerical results thus obtained, empirical formulas are proposed to compute stress concentration and deflection that includes the shear lag effect.
Exact solutions for stresses, strains, displacements, and the stress concentration factors of a rectangular plate perforated by an arbitrarily located circular hole subjected to in-plane pure shear loading are investigated by two-dimensional theory of elasticity using the Airy stress function. The hoop stresses, strains, and displacements occurring at the edge of the circular hole are computed and plotted. Comparisons are made for the hoop stresses and the stress concentration factors from the present study and those from a rectangular plate with a circular hole under uni-axial and bi-axial uniform tensions and in-plane pure bending moments on two opposite edges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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