The ratcheting effect greatly challenges the design of piping components. With the assistance of the quasi-three point bending apparatus, ratcheting and the ratcheting boundary of pressurized straight Z2CND18.12N stainless steel pipe under bending loading and vertical displacement control were studied experimentally. The characteristics of progressive inelastic deformation in axial and hoop directions of the Z2CND18.12N stainless steel pipes were investigated. The experiment results show that the ratcheting strain occurs mainly in the hoop direction while there is less ratcheting strain in the axial direction. The characteristics of the bending ratcheting behavior of the pressure pipes were derived and compared under load control and displacement control, respectively. The results show that the cyclic bending loading and the internal pressure affect the ratcheting behavior of the pressurized straight pipe significantly under load control. In the meantime, the ratcheting characteristics are also highly associated with the cyclic displacement and the internal pressure under displacement control. All these factors affect not only the saturation of the ratcheting strain but the ratcheting strain rate. A series of multi-step bending ratcheting experiments were conducted under both control modes. It was found that the hardening effect of Z2CND18.12N stainless steel pipe under previous cyclic loadings no matter with high or low displacement amplitudes is significant, and the prior loading histories greatly retard the ratcheting strain and its rate under subsequent loadings. Finally, the ratcheting boundaries of the pressurized straight Z2CND18.12N stainless steel pipe were determined and compared based on KTA/ASME, RCC-MR and the experimental results.
Ratcheting deformation of pressurized Z2CND18.12N stainless steel $90^{\circ}$ elbow pipe with local wall thinning subjected to constant internal pressure and reversed bending was studied using finite element analysis. Chen-Jiao-Kim (CJK) kinematic hardening model, which was used to simulate ratcheting behavior of pressurized $90^{\circ}$ elbow pipe with local wall thinning at extrados, flanks and intrados, was implemented into finite element software ANSYS. The local wall thinning was located at extrados, flanks and intrados of $90^{\circ}$ elbow pipe, whose geometry was rectangular cross-section. The effect of depth, axial length and circumferential angle of local wall thinning at extrados, flanks and intrados on the ratcheting behaviors of $90^{\circ}$ elbow pipe were studied in this paper. Three-dimensional elastic-plastic analysis with Chen-Jiao-Kim (CJK) kinematic hardening model was carried out to evaluate structural ratcheting behaviors. The results indicated that ratcheting strain was generated mainly along the hoop direction, while axial ratcheting strain was relatively small.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.12
no.2
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pp.1-24
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2016
The original fracture criteria developed by Maxey/Kiefner for axial through-wall and surface-cracked pipes have worked well for many industries for a large variety of relatively low strength and toughness materials. However, newer line pipe steels have some unusual characteristics that differ from these older materials. One example is a test data that has demonstrated that X80 line-pipe with an axial through-wall-crack can fail at pressures about 30 percent lower than predicted with commonly used analysis methods for older steels. Thus, it is essential to review the currently available models and investigate the applicability of these models to newer high-strength line pipe materials. In this paper, the available models for predicting the failure behavior of axial-cracked pipes (through-wall-cracked and external surface-cracked pipes) were reviewed. Furthermore, the applicability of these models to high-strength steel pipes was investigated by analyzing limited full-scale pipe fracture initiation test results. Based on the analyzed results, the shortcomings of the available models were identified. For both through-wall and surface cracks, the major shortcomings were related to the characterization of the material toughness, which generally leads to non-conservative predictions in the J-T analyses. The findings in this paper may be limited to the test data that were consider for this study. The requisite characteristics of a potential model were also identified in the present paper.
With building structures becoming higher and having longer spans, new structural steel with better strength, thicker plate, and performance may be required rather than conventional structural steel. TMC steel is widely used in building structures largely due to its excellent seismic performance, superior weldability, and design strength that is not affected by plate thickness. To make use of TMC steel in pipe structures with large diameter and heavy wall, however, the this study, the degradation of material properties in submerged are welded SM520TMC steel pipes and tubes was evaluated using variable fabrication process and material change. Degradation test results showed that the yield and ultimate strength increased and elongation decreased regardless of the mode of fabrication, i.e., through roll bending or press forming, or steel used, i.e., domestic SM520TMC steel or SM520TMC steel from Japan.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.18
no.3
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pp.300-306
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2009
Welding technology is applicable in many kinds of fields, with the help of its advantages such as easy operational procedure and structural simplification. However, in the process of welding, hazardous materials and fumes cause huge fire broke-outs, explosions, and health-conscious problems. Also, as heavy metals in fumes have a harmful effect on the environment, recently, this has emerged as a urgent social issue. This study has been aimed at the recommendation of the most environment-friendly, among materials currently used in plumbing welding, and it has been done at the result of the analysis of amount, ingredient, and size in collected fumes created in the experiment of welding five rods to galvanized steel pipes and steel pipe ones. At the test result, due to the effect of Zn-coating, galvanized steel pipes, when welded to rods, created more fumes than steel pipe ones. In the mean time, when it comes to welding rods, among five, WR-03 produced fumes the least. Therefore, a combination of the test results clearly indicates that the case of welding WR-03 to cast-iron pipes turned out to be the most environment-friendly.
The Sulfide Stress Corrosion Cracking (SSCC) resistance of structural steels is one of the critical concerns for the operators, material designers, and fabricators of oil-field equipment, especially treating sour gas (H2S) containing fluids. As far as its fabricators concerned, the systematic care of welding parameters should be taken to obtain comparable SSCC resistance of their weldment to that of its base material. In this respect, every different type of welding joint design for this use should be verified to be SSCC-proof with relevant test procedures. In this study, the welding parameters to secure a proper SSCC resistance of steel pipe's weldments were reviewed on the Welding Procedure Qualification Records (WPQR), which had been employed for actual fabrication of an offshore structure for oil and gas production. Based on this review, a guideline of welding parameters, such as, heat input, welding consumable for Y.S. 65 ksi class steel pipe material is proposed in terms of the NACE criteria for SSCC resistance.
Im, Seok Been;Cloudt, Harding C.;Fogle, Jeffrey A.;Hurlebaus, Stefan
Smart Structures and Systems
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v.12
no.3_4
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pp.427-440
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2013
A growing need has developed in the United States to obtain more specific knowledge on the structural integrity of infrastructure due to aging service lives, heavier and more frequent loading conditions, and durability issues. This need has spurred extensive research in the area of structural health monitoring over the past few decades. Several structural health monitoring techniques have been developed that are capable of locating damage in structures using modal strain energy of mode shapes. Typically in the past, bending strain energy has been used in these methods since it is a dominant vibrational mode in many structures and is easily measured. Additionally, there may be cases, such as pipes, shafts, or certain bridges, where structures exhibit significant torsional behavior as well. In this research, torsional strain energy is used to locate damage. The damage index method is used on two numerical models; a cantilevered steel pipe and a simply-supported steel plate girder bridge. Torsion damage indices are compared to bending damage indices to assess their effectiveness at locating damage. The torsion strain energy method is capable of accurately locating damage and providing additional valuable information to both of the structures' behaviors.
The roof structural model of liquid manure storage tank was designed to improve a structural safety and an ability of resistance to corrosion by the bad environmental condition with high humidity and high gas concentration. Due to corrosion of a general steel, the 5 years used materials were reduced to one-third of a new material in the result of a bending strength test. Some structural materials were tested to evaluate a strength and an anti-corrosion, and stainless steel pipe (STS439), steel angle with zinc hot dipping, rectangular steel pipe covered with FRP (Fiberglass Reinforced Plastics) resin were selected finally. A stainless steel is more expansive about $3{\sim}5$ times than general structural steel. But its durability under heavy corrosive environment is expected twice as long as general steel. The roof models were designed as closed cone type for each of the three structural materials. In the result of a FEM (Finite Element Method) structural analysis for the developed models, the safe snow depth was higher 2.3 times than a general roof structure, when elements of equal section modulus were used.
Welding defects affect the performance of welded pipe joints. In this study, a three point bend test of welded steel and medium density polyethylene (MDPE) pipe joints with defects of various defect locations and defect materials was studied using the finite element method. The defect was assumed to be located at 12 o'clock, 3 o'clock or 6 o'clock direction. The results showed that pipes failed more easily on the compression side due to stress or local buckling. The air defect was more dangerous than the steel defect if the defect was located in the compression side; otherwise, the defect material effect on the integrity of pipes was ignorable. It is argued that the integrity of pipes with defects in the compression side is weaker than that in other regions, and the defect should be located in the compression side or the 12 o'clock position in the three point bend test to maximize the effect of defect existence on the pipe structural integrity.
Kim, Junghoon;Kim, Uiseok;Kim, Jiyoon;Kang, Minkyu;Choi, Hangseok
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.23
no.1
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pp.39-49
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2022
Expandable steel pipe piles are installed by inserting expansion equipment to increase the cross-sectional area of steel pipes, which can improve the pile performance compared to micro-piles. In this paper, a hydraulic expansion device was developed to expand steel pipe piles in practice. A series of laboratory and field tests were conducted to verify the performance of the developed expansion device to expand steel pipes. The expansion capability and expandable range was evaluated by measuring the strain and expansion time at the maximum pressure of the hydraulic expansion device. The thinner steel pipe, the larger strain but longer expansion time required in the test. For example, the 4.0-mm-thick steel pipe showed strain reduction by 30% and a decrease in the required expansion time by 40% compared to the 2.9-mm-thick steel pipe. In addition, in-situ expansion tests were performed to verify the expandability of steel pipes under the ground, and the exhumed specimen showed clear expanded sections. The structural integrity was determined by comparing the material performance the original and expanded specimens.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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