Most ships and offshore structures are equipped with a variety of pipes, which inevitably contain curved portions. While it has been a usual practice to conduct bending stress analyses of these curved pipes using the straight-beam theory, this paper adopts two different types of finite elements, straight-beam elements and two-dimensional shell elements, for finite element analyses of a variety of curved pipes. It then compares the analysis results for two different types of elements to determine correction factors, which can be used to transform the bending displacements and bending stresses obtained by straight-beam elements to those obtainable by two-dimensional shell elements. The paper ends with a practical suggestion on how to efficiently use these correction factors to estimate the combined axial and normal stresses in a curved portion of a pipe.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.9
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pp.2071-2081
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1995
In order to examine the effects of yield stress, tensile strength and thickness on the buckling behavior during bending of pipes, the nonlinear finite element analysis of the 3-point bending tests was carried out using the commercial software (ABAQUS) under the condition of L4(2$^{3}$) performed according to the designed condition. Form the analysis of simulation results, it was found that yield stress and thickness were the major factors on buckling load at pipe bending and tensile strength gave little influence because the plastic strain and plastic zone are small. For the punch displacement to the occurrence of buckling, thickness is a major factor and yield stress and tensile strength are the minor factors.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2002.10a
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pp.20-25
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2002
본 논문은 대 변형 굽힘에 의한 소성 모멘트의 계산시 ovality를 고려한 파이프의 중립축에 대한 모멘트에 관해 논한다. 기존의 계산방법에 의한 중립축에 대한 모멘트 계산결과와 새로운 방법에 의한 계산결과를 비교해 보았다. 파이프가 길이방향의 모멘트에 의하여 굽어질 때, 증가하는 모멘트에 따른 ovality 변화를 고려하여 중립축에 대한 모멘트 계산에 적용해 보았다. 모멘트 계산은 타원형의 파이프 단면을 미세한 단면으로 나누어서 각 단면에 대한 응력을 비선형 strain-stress 식을 이용하여 구한 다음 중립축에 대해 계산을 수행하였다. 대 변형 굽힘에서 일어나는 실제현상 중 하나인 ovality를 파이프의 계산에 적용함으로써 좀 더 정확한 중립축에 대한 모멘트를 계산할 수 있었다. 이 방법을 reel에 의한 해저배관의 설치 공법에서 사용되는 reverse bending radius 계산에 적용해 보았다.
This study was conducted on greenhouses whose side heights had been raised after the columns of 1-2W basic type greenhouses had been cut and welding with the same-sized pipes. When the wind load or snow load affects restructured pipe greenhouse like this, those parts will be structurally unsafe. To examine this, the bending strength of welded columns were measured through four stages and compared with the pipes in their original condition. Results are as follows. In the case of a bending test on welded joints about steel pipes used for greenhouses, satisfactory results couldn't be drawn because sections of both ends and the loading parts couldn't endure loads and sank regardless of loading methods. Partial problems could be solved by inserting inside pipe(steel bar) at the sections and the loading parts, but it was necessary to devise more satisfactory bending test methods. The strength of welded joints wasn't much different compared with original conditions and demonstrated only slight differences according to the sample production conditions. However, significant incompleteness in the welding process was expected to cause a decisive loss in strength. On the assumption that there were no problems in the welding process or with regard to the inclination of sub materials for columns after connection, it was deemed reasonable to assume that the strength of welded pipes was about 84~90% of the strength of the pipes in their original condition. Considering mid- and long-term strength decline following the onset of rust at joints or welding sections, structural changes in the main sub materials that are used for greenhouses at farmhouses have to be avoided to ensure structural safety, unless these changes are inevitable.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.24
no.6
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pp.58-65
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2007
The arbitrarily-bended pipe is widely used in a heat exchanger system. Thus, the pipe bending process has important role in performance and productivity of heat exchanger system. The purpose of this study is to investigate the bending process for manufacturing of sound pipe. And, the spring-back effect and the variation of pipe thickness should be controlled effectively. The change of spring-back ratio and the thickness variation of pipe according to the change of bending radius, bending angle and pipe thickness are analyzed by FEM analysis. The analytic results are compared with the experimental data, accordingly the results show good agreement. The method of the analysis can be applied for manufacturing of precision bended pipe.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.55
no.4
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pp.289-296
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2018
The offshore subsea platforms are connected to subsea pipelines to transport gas/oil from wells. The pipe is a multilayered structure of polymer and steel for compensating both flexibility and strength. The pipe also requires reinforcement structures to endure the extreme environmental conditions. A vertebrae structure of bend restrictors is one of the reinforcement structures installed to protect the subsea pipe from excessive bending deformations. In this study, structural behaviors of the subsea pipeline with bend restrictors are investigated by the multi-body contact analysis in Abaqus 6.14-2. Contact forces of each bend restrictor extracted from the multi-body contact analysis can be boundary conditions for topology design optimization in Altair Hyperworks 13.0 Hypermesh-Optistruct. Multiple design constraints are considered to obtain a manufacturable design with efficient material usage. Through the multi-body contact analysis with optimized bend restrictors, it is confirmed that the bending performance of the optimized design is enhanced.
Many longitudinally-arranged pipes in ships are equipped with loops as a measure to reduce stresses caused by displacement loads conveyed from the hull girder bending and/or thermal loads of carried fluid of non-ambient temperature. But as the loops have some negative effects such as causing extra manufacturing cost and occupying extra space, the number and the dimensions of the loops need to be minimized. In the meanwhile, a design formula for pipe loops has been developed by modeling them as a spring element of which stresses and axial stiffness are calculated based on the beam theory. But as the beam theory turns out to be inappropriate to deal with the complex structural behavior in the curved corner portion of the loop, this paper aims at improving the previously developed design formula by adopting correction factors which can allow for the gap between the results of beam theory and a more accurate analysis. This paper adopts a finite element analysis with two-dimensional shell elements with some validation work for it. The paper ends with a sample application of the proposed formulas showing their accuracy and efficiency.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.11
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pp.1094-1103
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2008
A fuel specific detonation wave in a pipe propagates with a predictable wave velocity. This internal detonation wave speed determines the level of flexural wave excitation of pipes and the possibility of resonant response leading to a large displacement. In this paper, we present particular solutions of displacements and the resonance conditions for internally loaded pipe structures. These analytical results are compared to numerical simulations obtained using a hydrocode(multi-material blast wave analysis tool). We expect to identify potential explosion hazards in the general power industries.
Most ships and offshore structures are equipped with a variety of pipes, which inevitably contain curved portions. The structural design of these pipes mostly relies on the commercial code, CAESAR-II, which was especially developed for the structural analysis of pipes. This study conducted stress analyses of the same pipe unit, including loops, using both CAESAR-II and MSC/NASTRAN, and compared the results to investigate the characteristics of CAESAR-II. A parametric study was then conducted of the various design variables of pipe loops using CAESAR-II to draw some useful information about the structural characteristics of the loops.
Ship structures are subject to severe environmental loads causing appreciable hull girder bending which in turn affects the piping system attached to the main hull in the form of a displacement load. While this load may cause failure in the pipes, loops have been widely adopted as a means of preventing this failure, with the idea that they may lower the stress level in a pipe by absorbing some portion of the displacement load. But since such loops also have some negative effects, such as causing extra manufacturing cost, deteriorating the function of the pipe, and occupying extra space, the number and dimensions of the loops adopted need to be minimized. This research developed design formulas for pipe loops, modeling them as frames composed of beam elements, where not only bending but also shear deflection is taken into account. The accuracy of the proposed design formulas was verified by comparing two results respectively obtained by the proposed formulas and MSC/NASTRAN. The paper concludes with a sample example showing the efficiency of the proposed formulas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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