During the construction of circular underground pipe, the non-proper compaction along the pipe and the decrease of compaction efficiency have been the main problems to induce the failure of underground pipe or facility. The use of CLSM (controlled low strength materials) should be one of the possible applications to overcome those problems. In this research, the full-scaled field test and the numeric analysis using PENTAGON-3D FEM program were carried out for three different cases on the change of backfill materials, including the common sand, the soil from construction site, and the CLSM. From the full-scaled test in field, the use of in-situ CLSM as backfill materials reduced the vertical and lateral deformation of the pipe, as well as the deformation of the ground surface. The main reason for reducing the deformation would be the characteristics of the CLSM, especially self-leveling and self-hardening properties. The measured earth pressure at the surround of the corrugated pipe using the CLSM backfills was the smaller than the other cases, and the absolute value was almost zero. Judging from the full-scaled field test and FEM analysis, the use of CLSM as backfill materials should be one of the best choices reducing the failure of the underground pipes.
In the case of underground power utilities pipe such as circular pipe, the most difficult problem is low compaction efficiency of the bottom of pipe inducing the failure of utilities. To overcome this problem, various studies have been performed and one of these is CLSM (controlled low strength materials) accelerated flow ability. CLSM has already been stage of commercial use in the foreign countries led by power company. In this study, we estimated the behavior of flexible pipe with flowable backfill materials and sand to compare on the DB24 load. The results showed that the deformation of flexible pipe is affected by types of backfill materials. CLSM shows better behavior characteristics than compacting sand. But numerical and analytical results that peformed to compare to the field test results showed big gap with the field results.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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제6권4호
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pp.53-61
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2006
In th is paper, to predicting the large deformation and cyclic plastic behavior of steel members under loading, 3-Dimensional elastic-plastic FE analysis method is developed by using finite deformation theory and proposed cyclic plasticity model. finite deformation theory, described the large deformation, is formulated by using Updated-lagrangian formulation and Green's strain tensor, Jaumann's derivative of Kirchoff stress. Also, cyclic plasticity model proposed by author is applied to developed analysis method. To verification of developed analysis method, analysis result of steel plate specimen compare to the analysis result using infinitesimal deformation theory and test result. Also, load-displacement and deflection shape, analysis result of pipe-section steel column, compare to test result. The good agreement between analysis result and experiment result shown that developed 3-dimensional finite element analysis can be predict the large deformation and cyclic plastic behavior of steel members.
Park, Yeon Soo;Seo, Byoung Chal;Kim, Byong Ha;Park, Sun Joon
Journal of Korean Society of Steel Construction
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제13권6호
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pp.693-702
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2001
Ductility pipes, like corrugated steel structures, are expected to reduce its deformation when they are arranged in a row. Verifying this assumption can help make economic designs possible. Though checking the deformation of ductility pipe structures, like corrugated steel structure, decreasing deformation was found when the pipes are arranged in a row. In this way, arranging a corrugated steel structures in a row shows decreased deformation compared to corrugated steel pipes arranged in a single structure because the bedding effect restrains deformation. The deformation rates of reduction are proportionate to the diameter of the corrugated steel structure.
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.
Fakhar, Mohammad Hosein;Fakhar, Ahmad;Tabatabaei, Hamidreza
Steel and Composite Structures
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제30권3호
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pp.281-292
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2019
In this paper, analysis of critical fluid velocity and heat transfer in the nanocomposite pipes conveying nanofluid is presented. The pipe is reinforced by carbon nanotubes (CNTs) and the fluid is mixed by $AL_2O_3$ nanoparticles. The material properties of the nanocomposite pipe and nanofluid are considered temperature-dependent and the structure is subjected to magnetic field. The forces of fluid viscosity and turbulent pressure are obtained using momentum equations of fluid. Based on energy balance, the convection of inner and outer fluids, conduction of pipe and heat generation are considered. For mathematical modeling of the nanocomposite pipes, the first order shear deformation theory (FSDT) and energy method are used. Utilizing the Lagrange method, the coupled pipe-nanofluid motion equations are derived. Applying a semi-analytical method, the motion equations are solved for obtaining the critical fluid velocity and critical Reynolds and Nusselt numbers. The effects of CNTs volume percent, $AL_2O_3$ nanoparticles volume percent, length to radius ratio of the pipe and shell surface roughness were shown on the critical fluid velocity, critical Reynolds and Nusselt numbers. The results are validated with other published work which shows the accuracy of obtained results of this work. Numerical results indicate that for heat generation of $Q=10MW/m^3$, adding 6% $AL_2O_3$ nanoparticles to the fluid increases 20% the critical fluid velocity and 15% the Nusselt number which can be useful for heat exchangers.
Kim, Sung-Wan;Yun, Da-Woon;Jeon, Bub-Gyu;Kim, Seong-Do
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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제25권1호
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pp.112-119
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2021
The failure mode of piping systems due to seismic loads is the low-cycle fatigue failure with ratcheting, and it was found that the element in which nonlinear behavior is concentrated and damage occurs is the elbow. In this study, to quantitatively express the failure criteria for a pipe elbow of SCH40 3-inch carbon steel under low-cycle fatigue, the limit state was defined as leakage, and the in-plane cyclic loading test was conducted. For the carbon steel pipe elbow, which is the vulnerable part to seismic load of piping systems, the damage index was represented using the moment-deformation angle relationship, and it was compared and analyzed with the damage index calculated using the force-displacement relationship. An attempt was made to quantitatively express the limit state of the carbon steel pipe elbow involving leakage using the damage index, which was based on the dissipated energy caused by repeated external forces.
The solid-state core of a heat pipe cooled reactor operates at high temperatures over 1000 K with thermal and irradiation-induced expansion during burnup. The expansion changes the gap thickness between the solid components and the material properties, and may even cause the gap closure, which then significantly influences the thermal and mechanical characteristics of the reactor core. This study developed an irradiation behavior model for HPRTRAN, a heat pipe reactor system analysis code, to introduce the irradiation effects such as swelling and creep. The megawatt heat pipe reactor MegaPower was chosen as an application case. The coupled irradiation-thermal-mechanical model was developed to simulate the irradiation effects on the heat transfer and stresses of the whole reactor core. The results show that the irradiation deformation effect is significant, with the irradiation-induced strains up to 2.82% for fuel and 0.30% for monolith at the end of the reactor lifetime. The peak temperatures during the lifetime are 1027:3 K for the fuel and 956:2 K for monolith. The gap closure enhances the heat transfer but caused high stresses exceeding the yield strength in the monolith.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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한국소성가공학회 2003년도 추계학술대회논문집
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pp.229-232
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2003
In the roll forming process, a sheet or strip of metal is continuously and progressively formed into a desired cross-sectional profile by feeding it through a series of forming roll. Accordingly, it is important to maintain the material properties of the initial sheet and deform uniformly during the roll forming. The roll forming process was estimated in consideration of some factors such as material properties, strip thickness, roll diameter, roll velocity, and the deformation of the material that influence the forming length. The hydroforming technology has been recognized as a new technique in manufacturing industry, especially in automotive industry. The formed pipe in used in hydroforming process is manufactured by the roll forming. The formability during hydroforming is very sensitive to the state of pipes which are made by roll forming. Particularly the amount of hardening during roll forming affects the formability. Therefore, it is necessary to design the optimum roll flower to reduce the local hardening. In this paper, optimum roll flower which has uniform strain distribution through sheet width was obtained by comparing strain distribution in various roll flower. Finite element analysis(FEA) is performed to estimate the strain distribution related to hardening by roll forming. A numerical analysis is carried out by SHAPE-RF.
This paper deals with the dynamic stability of nanocomposite pipes conveying pulsating ferrofluid. The pipe is reinforced by carbon nanotubes (CNTs) where the agglomeration of CNTs are considered based on Mori-Tanaka model. Due to the existence of CNTs and ferrofluid flow, the structure and fluid are subjected to axial magnetic field. Based on Navier-Stokes equation and considering the body forced induced by magnetic field, the external force of fluid to the pipe is derived. For mathematical modeling of the pipe, the first order shear deformation theory (FSDT) is used where the energy method and Hamilton's principle are used for obtaining the motion equations. Using harmonic differential quadrature method (HDQM) and Bolotin's method, the motion equations are solved for calculating the excitation frequency and dynamic instability region (DIR) of the structure. The influences of different parameters such as volume fraction and agglomeration of CNTs, magnetic field, structural damping, viscoelastic medium, fluid velocity and boundary conditions are shown on the DIR of the structure. Results show that with considering agglomeration of CNTs, the DIR shifts to the lower excitation frequencies. In addition, the DIR of the structure will be happened at higher excitation frequencies with increasing the magnetic field.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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