Residual stresses as a factor of railroad rail fatigue

An analysis of the influence of residual stresses on material fatigue is presented in this paper. Residual stress distribution in railroad rails subjected to simulated service loads is considered. A mechanical model based on the plastic shakedown theory was used to determine residual stresses and the Dang Van fatigue criterion was applied

Residual stress development in railroad rails – a parametric study

This paper presents the results of a parametric study undertaken to analyse the influence that changes in the material model and contact zone parameters may have on residual stress levels. A simplified shakedown based mechanical model is used to estimate the residual stress distributions due to simulated contact loads. An information on final shakedown state of the rail subjected to given loading program is obtained at a substantially reduced computational cost compared to the standard incremental analysis. A 50% increase in peak contact pressure may increase the longitudinal residual stress level by over 700%. The dependence of peak residual stresses on changes in the hardening ratio is almost linear, while the dependence of peak residual stresses on changes in the yield limit indicates a quadratic relationship. The research indicates that in future applications, a simplified treatment of the rail/wheel interface is justified, as long as the peak pressure in the contact zone is estimated correctly. The residual stresses in rails induced by service conditions may reach very high values, on a par with the material yield limit. This effect is aggravated by the operating procedure of increasing wheel axle loads

Influence of geometrical imperfection on critical temperature evaluation for steel corrugated arch sheets exposed to fire

The critical temperature for an arched corrugated steel sheet exposed to fully developed fire is determined in this paper. The analysis is performed on 3D numerical model developed within the ANSYS computational environment with parameters calibrated experimentally on an experiment performed for persistent design scenario. During the simulations performed the self-supporting steel sheet with an assumed initial shape imperfection is at first loaded with static load, up to a predetermined level of material effort, and subsequently evenly heated until the capability to safely resist the applied load is completely exhausted. Because of the nonlinearity of the analysis having several sources, the location of the limit point on the equilibrium path determined during calculations represents the temperature sought. Three imperfection patterns, denoted as A, B and C are considered. In the case A the imperfection has the shape and magnitude measured in situ, selected as representative for a set of 10 steel sheets of the same type. In the case B the imperfection is a substitute one with size analogous to that assumed in the case A, but with a different shape, corresponding to the first antisymmetric buckling mode identified in conventional Local Buckling Analysis (LBA). In the case C the shape of imperfection B has been kept, but the positive and negative deviation from the perfect circular shape have been increased twofold

KSZTAŁTOWANIE ELEMENTÓW W MODERNIZOWANYCH STALOWYCH ZBIORNIKACH PALIWOWYCH WYNIKAJĄCE ZE ZMIAN UŻYTKOWYCH ORAZ WZRASTAJĄCYCH WYMAGAŃ ŚRODOWISKOWYCH

Omówiono zmiany konstrukcyjne niezbędne do wykonania w użytkowanych stalowych zbiornikach paliwowych jeśli planuje się ich dalsze wykorzystywanie przy zmienionych warunkach eksploatacji. W szczególności rozważa się sposób modernizacji typowego naziemnego zbiornika cylindrycznego z dachem pływającym, taki aby przystosować go do magazynowania paliwa lotniczego typu JET. Zalecanym rozwiązaniem jest w tym przypadku nadbudowa lekkiej kopuły aluminiowej. Drugą kwestią jest doszczelnienie dotychczas stosowanej konstrukcji dna zbiornika, wymagane przez aktualnie obowiązujące przepisy środowiskowe. Można tego dokonać albo kształtując dodatkowe drugie dno, stalowe lub kompozytowe, z przestrzenią monitorującą, albo poprzez podniesienie zbiornika i zainstalowanie pod jego dnem nieprzepuszczalnej dla produktów naftowych geomembrany z systemem monitorowania nieszczelności

Remaining service time prediction for corroded shell of a steel tank used for liquid petroleum fuels storage

A numerical example allowing for effective forecasting of the remaining service time for corroded steel shell of a tank used to store liquid petroleum fuels is presented. This time is interpreted here as a period of time counted from the moment of an obligatory tank shell inspection to the moment of the anticipated shell failure understood as the loss of the capacity to safely resist the loads applied to it. Reaching the limit value of failure probability, i.e. the highest probability of failure acceptable to the tank user, is in this approach a determinant of such failure. The detailed considerations pertain to a typical on-the-ground storage tank equipped with a floating roof, located in one of fuel depots in the south of Poland. The forecast has been prepared based on measurements of the random thickness of tank shell weakened by corrosion and measured after 27 years of service time. In the recommended analysis fully probabilistic computational procedures have been applied. This led to a more credible and less conservative service time assessment than the one usually determined via the traditional standard approach. For comparative purposes qualitatively different but formally corresponding safety measures have been applied to describe the obtained results

XXIV Europejska Wyprawa Mostowa Słowacja - Czechy 2018, cz. 2

XXIV Europejska Wyprawa Mostowa trwała od 30 czerwca do 14 lipca 2018 r. i prowadziła przez Słowację i Czechy. Głównym organizatorem było Stowarzyszenie Wyprawy Mostowe przy współudziale firm Mosty Katowice Sp. z o.o. i Mosty Łódź SA. Jak zawsze trasę przygotował prof. Kazimierz Flaga z udziałem nieocenionego Franciszka Brodzkiego, właściciela Biura Turystycznego Anitour, współorganizatora wyprawy

Prognoza czasu do awarii skorodowanej powłoki naziemnego zbiornika stalowego do magazynowania paliw płynnych

An original simplified procedure to estimate the remaining service time of corroded shell of an on-the-ground steel tank used to store liquid fuels is presented in this paper. Current corrosion progress trend, identified a’posteriori based on the obligatory technical condition monitoring, is extrapolated to the future tank service time under the assumption that the conditions of service would not change and no renovation or modernization works would be undertaken. Failure probability understood as exhaustion of the capability to safely resist the loads applied due to the corrosion progress constitutes the measure of the sought uptime. For comparative purposes several effective inference methods have been proposed for the same input data, based on formally qualitatively different but corresponding description measures. It has been shown, that in the analysis of this type the representative values, usually expressed as quantiles of probability distributions describing random variables in use, need not be specified to verify the safety condition. The proposed algorithm is based on fully probabilistic considerations, and those, according to Authors’ opinion, by their nature lead to more reliable, and at the same time, objective estimates.Przedstawiono uproszczoną, autorską procedurę szacowania pozostającego czasu zdatności skorodowanej powłoki naziemnego użytkowanego zbiornika stalowego wykorzystywanego do magazynowania paliw płynnych. W proponowanym algorytmie postępowania dotychczasowy trend postępu korozji, identyfikowany a posteriori na podstawie pomiarów dokonywanych w ramach obowiązkowych ocen stanu technicznego, zostaje ekstrapolowany na czas przyszłego użytkowania zbiornika, przy założeniu że sposób jego wykorzystania nie ulegnie zmianie i nie będą prowadzone jakiekolwiek prace remontowe lub modernizacyjne. Miarą oceny poszukiwanego czasu zdatności jest narastające wraz z postępem korozji prawdopodobieństwo awarii rozumianej jako wyczerpanie możliwości bezpiecznego przenoszenia obciążeń. Awaria nie oznacza przy tym natychmiastowego zniszczenia obiektu ale stan, w którym monitorowane prawdopodobieństwo osiągnęło poziom graniczny, niemożliwy do zaakceptowania przez użytkownika. Dla tych samych danych wejściowych, w celach porównawczych, zaproponowano różne sposoby efektywnego wnioskowania, oparte na formalnie jakościowo odmiennych ale odpowiadających sobie miarach opisu. Potwierdzono, że w tego typu analizie do weryfikacji warunku bezpieczeństwa nie ma potrzeby specyfikacji jakichkolwiek wartości reprezentatywnych, wyznaczanych na ogół jako kwantyle rozkładów prawdopodobieństwa opisujących poszczególne zmienne losowe, w szczególności losowe obciążenie i losową nośność rozważanej powłoki. Proponowany algorytm opiera się bowiem na wnioskowaniu w pełni probabilistycznym, a to, zdaniem autorów, ze swej natury pozwala oceniającemu na uzyskanie bardziej wiarygodnych a przy tym obiektywnych oszacowań. Prezentowana procedura została zweryfikowana numerycznie na przykładzie prognozy opracowanej dla istniejącego stalowego zbiornika paliwowego z dachem pływającym, zlokalizowanego w jednej z baz paliwowych Polski południowej

Influence of geometrical imperfection on critical temperature evaluation for steel corrugated arch sheets exposed to fire

The critical temperature for an arched corrugated steel sheet exposed to fully developed fire is determined in this paper. The analysis is performed on 3D numerical model developed within the ANSYS computational environment with parameters calibrated experimentally on an experiment performed for persistent design scenario. During the simulations performed the self-supporting steel sheet with an assumed initial shape imperfection is at first loaded with static load, up to a predetermined level of material effort, and subsequently evenly heated until the capability to safely resist the applied load is completely exhausted. Because of the nonlinearity of the analysis having several sources, the location of the limit point on the equilibrium path determined during calculations represents the temperature sought. Three imperfection patterns, denoted as A, B and C are considered. In the case A the imperfection has the shape and magnitude measured in situ, selected as representative for a set of 10 steel sheets of the same type. In the case B the imperfection is a substitute one with size analogous to that assumed in the case A, but with a different shape, corresponding to the first antisymmetric buckling mode identified in conventional Local Buckling Analysis (LBA). In the case C the shape of imperfection B has been kept, but the positive and negative deviation from the perfect circular shape have been increased twofold

Ocena odporności ogniowej ramy poprzecznej hali stalowej w zależności od stopnia uproszczenia zastosowanego modelu obliczeniowego

It is presented in detail how the selection of a structural model describing the behaviour of a steel hall transverse frame when subject to fire exposure in a more or less complex way may affect the fire resistance evaluation for such a frame. In the examples compiled in this paper the same typical one-aisle and single-story steel hall is subjected to simulated fire action, each time following the same fire development scenario. A resultant fire resistance is identified individually in each case, using various computational models, on an appropriate static equilibrium path obtained numerically. The resulting estimates vary, not only in the quantitative sense, but also in terms of their qualitative interpretation. It is shown that the greater the simplification of the model used, the more overstated the estimated fire resistance is in relation to its real value. Such an overestimation seems to be dangerous to the user, as it gives him an illusory but formally unjustified sense of the guaranteed safety level.Pokazano jak dobór schematu statycznego pojedynczej ramy poprzecznej typowego ustroju nośnego hali stalowej determinuje uzyskaną z obliczeń dla tej ramy wartość poszukiwanej odporności ogniowej. Odporność tę interpretuje się z reguły jako czas przez który badana rama w warunkach ekspozycji pożarowej zachowuje zdolność do bezpiecznego przenoszenia przyłożonych do niej obciążeń. W celach porównawczych, dla tego samego scenariusza rozwoju pożaru, odpowiadającego standardowym warunkom nagrzewania, i dla tej samej ramy, rozpatrzono odpowiadające sobie rozmaite modele obliczeniowe o różnym stopniu złożoności. Reprezentatywną miarą odporności na oddziaływanie monotonicznie narastającej w czasie pożaru temperatury elementów stalowych było w każdym z rozpatrywanych przypadków wyczerpanie możliwości efektywnego przenoszenia obciążeń, identyfikowane na ścieżce równowagi statycznej. Zestawienie i porównanie uzyskanych wyników doprowadziło do konstatacji, że im większy stopień uproszczenia zastosowanego modelu obliczeniowego tym bardziej zawyżone otrzymane na jego podstawie oszacowanie poszukiwanej odporności, przeszacowujące realnie gwarantowany użytkownikowi poziom bezpieczeństwa. Wykazano, że znaczący wpływ na finalny wynik analizy może mieć formalne uwzględnienie w zastosowanym modelu obliczeniowym mimośrodów wynikających ze sposobu oparcia płatwi na ryglu, co na ogół nie jest dostrzegane. Generują one bowiem dodatkowy moment skręcający, który w sytuacji zmniejszonej wskutek oddziaływania temperatury pożarowej sztywności rygla może przyspieszać jego utratę stateczności. Szczególne znaczenie dla wynikowej odporności ogniowej analizowanej ramy ma również zachowanie się w pożarze płatwi dachowych usztywniających rygiel. Płatwie te, z uwagi na mniejszy przekrój, nagrzewają się bowiem znacznie szybciej niż rygiel i słupy ramy poprzecznej. Stosunkowo wcześnie zatem, przy monotonicznym wzroście temperatury, przestają efektywnie podtrzymywać ten rygiel, w efekcie czego narastanie jego ugięcia, często decydujące o nośności ramy, nie jest już w żaden sposób hamowane. W rozważanych modelach formalnych pominięto wpływ potencjalnie możliwych imperfekcji geometrycznych, zarówno tych o charakterze globalnym jak i tych lokalnych. W prowadzonej przez autorów analizie nie wydaje się on bowiem mieć istotnego znaczenia. Nie uwzględniono również faktu narastania wraz z rozwojem pożaru podatności węzłów