In this study, fatigue testing was carried out for long-term use of rail according to track type. From S-N curves for 50%~0.01% failure probability, the fatigue life of the long-term use rail for each track type was derived using the weight probability analysis technique on the experimental data. Because the rails used in the fatigue test have different cumulative tonnages, the number of repetitions was modified by averaging the cumulative tonnage. In addition, the bending stresses of rail bottoms, considering rail surface irregularities, track support stiffnesses and train speeds, were evaluated using the predicted rail bending stresses derived from existing studies. As a result, for rail fatigue life evaluation, the fatigue life of rail on the ballast track was found to be more than 200 million tons higher than the standard value for rail replacement. Also, the fatigue life of rail on concrete track is more than 300 million tons higher than that on ballast track. The Haibach rule is adaptable for the fatigue life evaluation of rail for stress range under fatigue limit.
Rail is the main track component, playing the most important role in safe railways. For the sake of safety, it is strictly required to secure reliability against fatigue and destruction of rail. In this paper, by field measurement on concrete track, it is confirmed that the rail surface roughness and rail bending stress are linearly correlated with each other; the bending stress of rail can be presented as a function of train speed, track support stiffness, and rail surface roughness. The fatigue life of rail can be estimated by deriving the S-N curve through the fatigue test.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.6
no.3
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pp.53-62
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1986
For the research on the fatigue fracture behavior in the welded joints of steel structures, base metal specimens and welded ones were selected, and the direct fatigue tests were carried out. Thereafter, fatigue-life (S-N) curves, plastic strain-number of cycles (${\varepsilon}_p$-N) curve, the extrapolated fatigue-life (${\varepsilon}_p$-$N_c$) curve, and da/dN-${\Delta}K$ curves were plotted. By these results the followings were obtained. It was shown that the ratio of fatigue strength at $2{\times}10^6$ cycles of the welded specimen to that of the base metal one was 0.6, and that 0.72 for the base metal and 0.65 for the welded one were the ratio of fatigue strength at $2{\times}10^6$ cycles to yielding stress. The S-N curve for the welded specimen was separated into two sections, the low gradient section and the steep section. As this result, it was shown that the more stress became to reduce, the more the reduction of fatigue strength became to be great. It was shown that fatigue strength at $2{\times}10^6$ cycles from this case was about 83 % of that from the S-N curve plotted with one section. It was thought that the reason was that weld flaw acted greatly on the fatigue strength within the low stress range. It was shown that at the instart of crack initiation plastic strain increased abrupt1y in the case of the welded specimen more than the case of the base metal specimen, and increased abruptly in the upper stress range in both cases. It was shown that the experimental constant ${\alpha}$, 0.42, in the base metal nearly accorded with Manson-Coffin's result, but this made a great difference with the case in the welded specimen. It was thought that it was due to the abrupt change of plastic strain and the influence of weld flaw.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.3
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pp.337-342
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2011
Medical lift column controlling the vertical position while supporting heavy eccentric load should have the high fatigue strength as well as the extremely low structural deflection and vibration in order to maintain the positioning accuracy. The lift column driven by a induction motor is generally in a three-step sliding boom structure and exhibits the time-varying stress distribution according to the up-and-down motion. This study is concerned with the numerical prediction of the fatigue strength of the lift column subject to the time-varying stress caused by the up-and-down motion. The stress variation during a motion cycle is obtained by finite element analysis and the fatigue life is predicted making use of Palmgren-miner's rule and S-N curves. In order to secure the numerical analysis reliability, a 3-D FEM, model in which the detailed lift column structure and the fitting parts are fully considered, is generated and the interfaces between lift column and pads are treated by the contact condition.
Park, Yong-Gul;Sung, Deok-Yong;Park, Hong-Kee;Kong, Sun-Yong
Journal of the Korean Society for Railway
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v.11
no.3
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pp.317-325
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2008
As a result of recent research, it is reported that the periodic replacements criterion of rails is able to extend as grinding rail surface and using the continuous welded rail (CWR). This study evaluated correlation between conditions of track and load capacity of rail by analysing the dynamic response of track while the metro train is running. Also, it was converted the measured stress waveform into stress frequency histogram by the rain-flow counting methods, and then accumulated fatigue damage ratio and remaining service life of laid rail were calculated so as the apply the equivalence of stress to S-N curve of a new welded rail. Finally, this study suggests a revision of the periodic replacements criterion of CWR, which was based on accumulated passing tonnage, classified by the types and conditions of track system.
Young-Cheol Kim;Hyun-gi Kim;Dong-Hyeop Kim;Sang-Woo Kim
Journal of Aerospace System Engineering
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v.17
no.4
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pp.126-132
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2023
Recently, the consideration of eco-friendly technology to reduce greenhouse gas is being emphasized in the aviation field. Various studies for applying electro-mechanical actuators that control mechanical linear and rotational movements using electricity as the primary power source are in progress. In this study, the fatigue analysis of the electro-mechanical actuator for the front wheel steering of a single aisle aircraft was carried out. A unit load stress table was constructed for the vulnerable part selected through structural analysis, and the representative stress for each load profile was calculated using the unit load stress table constructed for the vulnerable part. Then, individual profiles of representative stress group were extracted from continuous load profiles by applying the rainflow counting method. The damage of each profile was calculated by applying the S-N diagram. Finally, the total damage in the vulnerable parts was calculated by the linear cumulative damage law, and the fatigue life of the electro-mechanical actuator for the front wheel steering of a single aisle aircraft was evaluated.
The purpose of this study is fatigue damage assessment for large sized casting parts (hub and mainframe) of the 3MW offshore wind turbine by computer simulation. Hub and mainframe durability assessment is necessary because wind turbine have to guarantee for 20 years. Fatigue life evaluation must be considered all of fatigue load conditions as the components are wind load transmission path. Palmgren-Miner linear damage accumulation hypothesis is applied for fatigue life estimation with stress-life approach. S-N curve for the spheroid graphite cast iron EN-GJS-400-18-LT is derived according to durability guidelines. Reduction factors were applied for survival probability, surface roughness, material quality and partial safety factor according to Germanischer Lloyd rules. To calculate fatigue damage, stress tensors, extracted from the unity load calculation from ANSYS is multiplied with time track of fatigue loads extracted from GH bladed. Damage accumulation is performed with all of fatigue load conditions at each finite element nodes. In this study maximum nodal damage value is under 1.0. casted parts are safe. This research was financially supported by the Ministry of Knowledge Economy(MKE), Korea Institute for Advancement of Technology(KIAT) and Honam Leading Industry Office through the Leading Industry Development for Economic Region.
Most of the ship structures and offshore structures are constructed through the welding and they are always subjected to variable loads. In this study, fatigue and stress concentration of the various types of welding connections due to the variable loads are investigated by using numerical approach, and comparisons between numerical analysis and experiments are performed. Fillet weld, full penetration weld and partial penetration weld characteristics are studied by using parameters such as penetration length, welding leg length, size and penetration angle. Based on this study, it is suggested that the fillet welding can be replaced with the penetration welding in some cases. The results of this study can be used as guidelines for actual welding problems in the shipyards.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.42
no.4
s.142
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pp.388-395
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2005
A numerical procedure is proposed as a mesh-size insensitive structural stress definition that gives a stress state at a weld toe with relatively large mesh size. The structural stress values obtained using different finite element types, i.e. shell element and solid element, are examined for typical weld structures. The calculation procedures are performed using the balanced nodal forces and moments obtained from finite element solutions. A consistent formulation based on work equivalent argument has been implemented to transform the balanced nodal forces and moments from shell to line force and line moments at each nodal position. The mesh-insensitivity, the effect of distance $\delta$(where the stress is calculated) and the potential limitations of the structural stress method are examined for various types of weldments. Based on the results from this study, it is expected to develop a more precise stress estimation technique for fatigue strength assessment of welded structures.
In this study, fatigue tests on existing continuous welded rail (CWR) on a concrete track were carried out. Based on the test results, a S-N curve expressing the remaining life of the CWR at a fracture probability of 50% was obtained using weighted probit analysis suitable for small-sample fatigue data sets. As rails had different histories in terms of accumulated passing tonnage, the test data were corrected to average out the accumulated passing tonnage. The remaining service life for the CWR on the concrete track in an urban railway was estimated using the prediction equation for the bending stress of rail developed in the past to estimate rail base bending stress and taking the surface irregularities into consideration. Estimating the remaining service life of the CWR in an urban railway showed that the rail replacement period could be extended over 200MGT. In addition, comparing the concrete track to the ballast track, the fatigue life of rail was analyzed as approximately 300MGT higher than. Therefore, the rail replacement criteria needs to distinguish between the ballast track and the concrete track, and not the criteria needs to be changed as a target for the maintenance, although it is necessary to remove longitudinal rail surface irregularities at welds by grinding.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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