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영어

Purpose: This study aims to analyse the effect of wall thinning on the structural performance of bellows expansion joints under monotonic bending loads based on a finite element model. Method: Monotonic bending loading experiments of 3-ply bellows expansion joints were performed on 200A pipe to develop the finite element model, and the finite element model was validated based on the experimental results. FE analysis was performed by increasing the wall-thinning rate by 10% from a minimum of 10% to a maximum of 50% based on previous studies, and the load-displacement relationship with wall-thinning rate was compared. Result: The overall trends were similar in the experimental test and the FE analysis, and the maximum force were in good agreement by a difference of about 6%. In addition, the location of damage in the experimental test and the location of the plastic strain concentration in the FE analysis were the same. The maximum force decreased by about 5% to 6% for every 10% decrease in wall thinning. Conclusion: Since the load-displacement relationship was in good agreement and the location of the concentrated plastic strain was consistent, the finite element model developed in this study is suitable for simulating the bending load behaviour of the 200A 3ply bellows expansion joint. In addition, wallthinning under the bending load affects the structural performance. Future research will analyse the effect of wall-thinning on the structural behaviour of bellows expansion joints under cyclic loading.

한국어

연구목적: 본 연구는 회선의 벽두께 감소가 단조 휨 하중 하에서 벨로우즈 신축이음관의 구조적 성능에 미치는 영향을 유한요소 모델 기반의 해석적 연구를 통해 분석하고자 한다. 연구방법: 해석적 연구를 위 해 200A 배관을 대상으로 3중 적층 벨로우즈 신축이음관의 단조 휨 하중 실험을 수행하고 실험 결과를 기반으로 유한요소 모델을 구축 및 검증하였다. 연구결과: 실험 및 해석결과를 비교하였을 때 전체적인 경향성은 유사하였으며 최대 하중은 약 6%차이로 잘 일치하였다. 또한 실험에서 손상이 발생한 위치와 유한요소 해석에서 소성변형률이 집중된 위치는 동일하였다. 벽두께 감소율이 10%씩 감소할 때 최대 하중은 약 5%~6%씩 감소하는 것으로 나타났다. 결론: 하중-변위 관계는 잘 일치하였으며 소성 변형이 집중되는 위치는 동일하였으므로 본 연구에서 구축된 유한요소 모델은 200A 3중 적층 벨로우즈 신축 이음관의 단조 휨 하중 거동을 모사하기에 적합하다. 또한 단조 휨 하중하에서 벽두께 감소는 구조적 성 능에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 추후연구는 반복하중 하에서 벽두께 감소가 벨로우즈 신축이음 관의 구조적 거동에 미치는 영향을 분석하고자 한다.