Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

A contribution to structural reliability analysis of composite high-pressure hydrogen storage tanks

Sid Amer Youcef, Benammar Samir, Fah Tee Kong, Wadi Mohammed, Jouda Mohammed S.

Journal of KONBiN

|

2023

|

Vol. 53, iss. 2

33--44

EN

Although composite high-pressure tanks are a subject of growing interest, especially for hydrogen storage applications, a detailed structural reliability analysis still needs to be improved. This work aims to provide a probabilistic investigation of the mechanical response of composite high-pressure hydrogen storage tanks using the Monte Carlo Simulation method. A performance function based on the circumferential model of composite pressure cylinders is employed with five random design variables. According to the results, the internal pressure and the helical layer thickness are the foremost parameters significantly impacting the structural reliability of the tank, whereas, the helical layer thickness and winding angles have a minor influence. In addition, high coefficients of variation values cause the contraction of the safety margin potentially leading to the failure of the composite hydrogen high-pressure tank. The obtained results were validated with experimental tests available in the literature.

PL

Chociaż kompozytowe zbiorniki wysokociśnieniowe są przedmiotem rosnącego zainteresowania, zwłaszcza w zastosowaniach związanych z magazynowaniem wodoru, szczegółowa analiza niezawodności konstrukcji wciąż wymaga poprawy. Niniejsza praca ma na celu zapewnienie probabilistycznego badania odpowiedzi mechanicznej kompozytowych wysokociśnieniowych zbiorników do przechowywania wodoru przy użyciu metody symulacji Monte Carlo. Zastosowano funkcję wydajności opartą na modelu obwodowym kompozytowych cylindrów ciśnieniowych z pięcioma losowymi zmiennymi projektowymi. Zgodnie z wynikami, ciśnienie wewnętrzne i grubość warstwy obwodowej są głównymi parametrami istotnie wpływającymi na niezawodność konstrukcyjną zbiornika, podczas gdy grubość warstwy spiralnej i kąty uzwojenia mają niewielki wpływ. Ponadto duże wartości współczynników zmienności powodują kurczenie się marginesu bezpieczeństwa potencjalnie prowadząc do awarii kompozytowego zbiornika wysokociśnieniowego na wodór. Uzyskane wyniki zostały zweryfikowane z badaniami eksperymentalnymi dostępnymi w literaturze.

2

Method for assessing the structural reliability of networks with undetermined topology

Kniazieva Nina, Nenov Alexey, Kolumba Irina

Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska

|

2020

|

T. 10, nr 1

32--35

EN

This paper shows the relevance of the task of assessing the structural reliability of networks with undetermined topology. Proposed is a method for assessing the structural reliability of networks of undetermined topology based on taking into account the basic structural characteristics of the network (the number of nodes and branches, the degree of network connectivity, the maximum allowable rank of paths, and others). To obtain an estimate of the structural reliability for a network of any dimension and any topology, expressions are proposed in the scientific research to determine the number of paths of various ranks, which must be taken into accountwhen calculating the structural reliability index by the upper and lower bounds method.

PL

Ten artykuł pokazuje znaczenie zadania polegającego na ocenie niezawodności strukturalnej sieci o nieokreślonej topologii. Proponowana jest metoda oceny niezawodności strukturalnej sieci o nieokreślonej topologii, która oparta jest na uwzględnieniu podstawowych cech strukturalnych sieci (liczba węzłów i rozgałęzień, stopień połączenia z siecią, maksymalna dopuszczalna ranga ścieżek itp.). Aby oszacowaćstrukturalnąniezawodność sieci o dowolnej wielkości i dowolnej topologii, badania naukowe proponują wyrażenia algebraiczne, które określają liczbę ścieżek o różnych rangach, które należy wziąć pod uwagę przy obliczaniu wskaźnika niezawodności strukturalnej, używając do tego metody opartej na kresach górnych i dolnych wskaźnika.

3

Estymacja niezawodności strukturalnej gazociągów stalowych w okresie eksploatacji w oparciu o wyniki inspekcji tłokami pomiarowymi

Witek M.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Środowiska

|

2019

|

z. 82

3--127

PL

Monografia niniejsza poświęcona jest omówieniu wyników badań dotyczących wpływu korozji elektrochemicznej rur stalowych, stwierdzonej w efekcie diagnostyki z wykorzystaniem technologii rozproszenia osiowo zorientowanego strumienia magnetycznego, na niezawodność strukturalną gazociągów wysokiego ciśnienia. Inspekcje tłokami pomiarowymi są najbardziej efektywną metodą diagnostyczną ze względu na możliwość wykrycia i zwymiarowania ubytków materiału ścianki rurociągu podziemnego, a ich zastosowanie nie wymaga czasowego ograniczenia transportu gazu. Badaniom poddano gazociąg o średnicy DN 700, maksymalnym ciśnieniu roboczym MOP = 8.4 MPa, wykonany ze stali podwyższonej wytrzymałości gatunku L555M z ubytkami korozyjnymi ścianki stwierdzonymi na podstawie dwóch inspekcji: pierwszej po 13 latach użytkowania oraz ponownej po kolejnych 12 latach eksploatacji. Stalowa cienkościenna powłoka cylindryczna z defektami, obciążona ciśnieniem wewnętrznym gazu, ulega uszkodzeniu w wyniku wystąpienia jednego z trzech stanów granicznych: powstania nieszczelności, przełomu plastycznego pozostałej grubości ścianki lub rozerwania, które rozszerza się w sposób niestabilny w kierunku osiowym poza obszar defektu lub wzdłuż spoiny, jeśli mamy spiralnie spawany sposób wykonania rur. Ze względu na niskie ryzyko wzrostu głębokości wad objętościowych przez cały przekrój ścianki wynikające z postępu korozji w kierunku promieniowym, stwierdzone na podstawie danych z dwóch inspekcji, jak również niewielkie konsekwencje dla otoczenia małej nieszczelności gazociągu możliwej do wykrycia z powierzchni ziemi oraz jej naprawy bez ograniczenia transportu gazu, w niniejszej pracy uwzględnione zostało jedynie kryterium przełomu plastycznego w miejscach częściowych ubytków ścianki rury. Niezawodność strukturalna podziemnych sieci uzbrojenia terenu w okresie użytkowania liczonym w dziesiątkach lat, może być analizowana jako proces stochastyczny polegający na losowym stopniu degradacji elementów poddanych obciążeniu. Znane z literatury algorytmy oceny zawodności infrastruktury technicznej można podzielić na metody oparte o funkcje zmiennych losowych lub teorię zmiennych losowych, którą zastosowano w niniejszej monografii. W celu estymacji prawdopodobieństwa awarii w długim okresie użytkowania, wykorzystano stan graniczny oparty o różnicę ciśnienia pęknięcia plastycznego rur z defektami ścianki oraz wartości oczekiwanej ciśnienia roboczego gazu, przy uwzględnieniu parametrów wpływających na wytrzymałość konstrukcji jako zmiennych losowych. Prognozowanie postępu korozji ścianki podziemnego rurociągu stalowego może odbywać się na podstawie zależności liniowych lub nieliniowych. W niniejszych studiach, do określenia prędkości korozji elektrochemicznej w kierunku promieniowym, zastosowano zależności nieliniowe ze współczynnikami stochastycznymi, które analizowano w czterech scenariuszach. Wyznaczenia parametru funkcji eksponencjalnej rozkładu głębokości uszkodzeń ścianki dokonano na podstawie danych z dwóch inspekcji. W monografii wykazano zasadność poszukiwań alternatywnych i mniej skomplikowanych obliczeniowo metod oceny niezawodności rurociągów stalowych do zastosowań inżynierskich, bazujących na wynikach diagnostyki tłokami pomiarowymi. W badaniach oceny wpływu ubytków materiału ścianki na prawdopodobieństwo awarii rurociągu wykorzystano teorię nośności granicznej. W pracy przedstawiono algorytm obliczania prawdopodobieństwa awarii, oparty o eksponencjalną funkcję rozkładu głębokości uszkodzeń ścianki czynnego gazociągu, stwierdzonych w wyniku kilkukrotnej diagnostyki. W obliczeniach została uwzględniona liczba hipotetycznych ubytków materiału niewykrytych przez tłoki pomiarowe, wyznaczona na podstawie danych z inspekcji, jak również wzięto pod uwagę prawdopodobieństwo detekcji niedoskonałych urządzeń działających na zasadzie rozproszenia strumienia magnetycznego. Opracowana metoda uwzględnia całkowitą liczbę ubytków jako populację o rozkładzie eksponencjalnym głębokości defektów, nie rozważa natomiast indywidualnie każdego uszkodzenia ścianki. Zastosowane podejście do obliczeń jest, według najlepszej wiedzy autora, jedną z pierwszych prób wyznaczenia niezawodności strukturalnej rurociągów podziemnych podlegających procesowi degradacji korozyjnej z wykorzystaniem tej metodologii.

EN

The objective of this monograph is to investigate an influence of steel pipe electrochemical corrosion detected by axially excitated Magnetic Flux Leakage in-line inspections tools on a structural reliability of high pressure gas pipelines under operation. MFL in-line inspection technology is the most effective diagnostic method in respect of detection and sizing of wall material losses of pressurized buried pipelines and their application does not require the temporary exclusion of the gas flow. This research considers a gas transmission pipeline DN 700, "MOP" = 8.4 MPa, constructed from increased-strength steel containing active external metal loss flaws derived from two in-line inspections: the first ILI after 13 years of the service life and the second 12 years later. The steel thin-walled cylindrical shell with material losses loaded with the internal fluid pressure fails due to one of three limit states: leak, plastic collapse of the remaining pipe wall thickness or unstable extension of wall rupture beyond the defect area in the longitudinal direction or along the girth weld in the case of spirally-welded pipes. Due to low defect growth rates in the radial direction confirmed with the results of two in-line inspections as well as to negligible consequences of a small natural gas leak to the pipeline surrounding detectable with above ground methods, the current work considers only a plastic collapse criterion of residual pipe part-wall thickness. The structural reliability of the underground infrastructure within long time operation, counted in decades, can be analysed as a stochastic process of construction elements random degradation. The evaluation algorithms of technical infrastructure, known from the literature, can be divided into methods based on functions of random parameters and a random variables theory which is applied in the current monograph. In order to estimate a pipeline failure probability in a long operation time, the limit state based on a pressure difference between plastic collapse of the remaining pipe wall thickness and an expected value of the gas working pressure as a random variable was employed. Prediction of a corrosion growth rate of an underground steel pipeline can be conducted based on both linear and non-linear functions. In the current work, for an electrochemical corrosion velocity prediction in the radial direction, a non-linear power law function with stochastic parameters was applied in four scenarios. The ILI results were also used to estimate an exponential law of defect depth probability density distribution. For engineering application, the alternative and less computationally complicated methods for reliability estimations based on in-line inspection data should be found, which is the aim of this monograph. In the study, the algorithm of probability computation based on expotential probability density distribution of pipe wall defects depth derived from the repeated diagnostics results was presented. The calculations took into account the number of undetected hypothetical anomalies, as well as probability of detection resulting from usage of imperfect inspection devices. The developed methodology considers the total amount of features as a population with expotential depth distribution of defect depth and does not consider each flaw individually. The pipe wall material losses were assessed by a fracture mechanics method based on a limit load theory. To the author’s best knowledge, the presented approach to probability estimations is novel and applied for the first time in literature regarding structural reliability of underground pipelines subjected to corrosion degradation.

4

Reliability analysis of sheet pile wall in spatially variable soil including CPTu test results

Kawa M., Baginska I., Wyjadlowski M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2019

|

Vol. 19, no. 2

598--613

EN

The paper deals with reliability analysis of cantilever sheet pile wall located in non-cohesive soil with random properties. Spatial variability of friction angle has been described using random fields theory. The influence of both vertical as well as horizontal scale of fluctuation on the mechanical response of sheet pile wall is investigated. Deflection of wall top as well as maximum bending moment in the sheet pile wall are tested. The point distribution of soil friction and its vertical fluctuation scale is estimated using quasi-continuous results of cone penetrometer tests (CPTu). The boundary value problem is solved using finite difference code FLAC. The Fourier series method (FSM) allowing for non-uniform meshes is used to generate random fields for individual realizations. By utilizing Monte Carlo Simulation (MCS) technique the probability distributions of the results for different values of vertical and horizontal scales of fluctuation are obtained and used for reliability analysis. The results of analysis show that in case of cantilever sheet pile wall it is very important to properly estimate value of vertical fluctuation scale for the reliability analysis. It is also illustrated that in the considered problem horizontal scale of fluctuation significantly influences probability of failure.

5

Modele symulacyjne wykorzystujące empiryczne rozkłady statystyczne do szacowania wskaźników niezawodności strukturalnej systemów elektroenergetycznych

Grishkevich A.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2017

|

R. 93, nr 12

103--106

PL

Oszacowano rozkład czasu trwania stanów systemu. Opracowano symulację strukturalnych wskaźników niezawodności dla dowolnych rozkładów zmiennych losowych. Podano metodę liczbowego zadania prawa rozkładu w symulacji niezawodności strukturalnej.

EN

The distributions of the duration of the states of the system are investigated. Modeling of structural reliability indicators for arbitrary distributions of random variables is presented. A method is proposed for the numerical specification of the distribution law in the modeling of structural reliability.

6

Integration of reliability analysis into mini-plate fixation strategy used in human mandible fractures: Convalescence and healing periods

Kharmanda G., Shokry A., Kharma M. Y.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2017

|

Vol. 19, no. 4

13--23

EN

The objective was to assess the reliability level of mini-plate fixation used in fracture mandibles in order to evaluate the structure stability in both convalescence and healing periods. Methods: In the convalescence period, the failure scenario is measured by the relative displacement between two fracture surfaces which should not exceed an acceptable value in order to obtain a good stability for rapid bone healing and to limit any trauma. However, in the healing period, it is the objective to obtain an acceptable rigidity. Hereby, the failure scenario is measured by the von Mises stresses being as indicator of mandible fractures. Results: During the surgery operation, some muscles can be cut or harmed and cannot operate at its maximum capability. Thus, there is a strong motivation to introduce the loading uncertainties in order to obtain reliable designs. A 3-dimensional finite element model was developed in order to study the negative effect caused by stabilization of the fracture. The different results were obtained when considering a clinical case of a 35-year-old male patient. The results show the importance of fixation of symphysis fracture by two I-plates with four holes. The structural reliability level was estimated when considering a single failure mode and multiple failure modes. Conclusions: The integration of reliability concepts into mini-plate fixation strategy is considered a novel aspect. The reliability evaluation seams to be a reasonable asset in both convalescence and healing periods.

7

Rozproszone modele symulacyjne pozwalające oszacować wskaźniki niezawodności strukturalnej systemów elektroenergetycznych

Grishkevich A.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2015

|

R. 91, nr 12

106-109

PL

Oszacowano wypadkowe wskaźniki niezawodności strukturalnej systemów elektroenergetycznych na podstawie modeli symulacyjnych. Otrzymano implementację algorytmiczną rozproszonego modelu symulacyjnego z wykorzystaniem biblioteki MPI. Podano wyniki testowania modelu symulacyjnego rozproszonego w klasterze.

EN

Estimates for electric power system failure states contribution to the resulting system reliability indices are obtained on the basis of simulation model. An algorithmic implementation of a distributed simulation model using the MPI library is proposed. The results of testing the distributed simulation model on a cluster are presented.

8

Interwałowe oszacowania wskaźników niezawodności strukturalnej systemów elektroenergetycznych

Grishkevich A., Grishkevich M.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2014

|

R. 90, nr 6

249--252

PL

Otrzymano interwałowe oszacowania wypadkowych wskaźników niezawodności strukturalnej systemów elektroenergetycznych na podstawie rozwiązań układów równań liniowych na krańcach interwałów danych początkowych. Uwzględniono interwałowe wartości udziałów stanów awaryjnych w wypadkowych wskaźnikach niezawodności dla testowych wartości danych początkowych.

EN

Generation of interval estimations of resultant indices of electric power systems’ structural reliability on the basis of solutions of linear equations systems on border intervals of initial data is considered. Interval values for the contribution of the failure states of the resulting reliability for the test values of the original data are given.

9

Interwałowe oszacowania wskaźników niezawodności strukturalnej systemów elektroenergetycznych na podstawie metod optymalizacji

Grishkevich A.

Prace Naukowe Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie. Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa

|

2014

|

T. 2

91-106

PL

Sformułowano zadanie oszacowania interwałowego wkładu stanu uszkodzenia w wypadkowe w wskaźniki niezawodności strukturalnej złożonego systemu w postaci zadania optymalizacji na prostopadłościanie. Zaprezentowano wyniki rozwiązania numerycznego zadań optymalizacji testowych wartości wskaźników niezawodności elementów systemu z wykorzystaniem komputera. Sformułowano zalecenia wyboru początkowych przybliżeń w celu zmniejszenia złożoności optymalizacji.

EN

The problem of an interval estimation of the failure states contribution in the resulting reliability indices of a complex system is defined in terms of the optimization problem in a parallelepiped. The resulting numerical solution of the following optimization problem, obtained with the help of the computer and the test data for the e reliability indices of the system e elements, is presented. The recommendations for choosing the initial approximations with the purpose of reducing the complexity of the optimization process are stated.

10

Niezawodność strukturalna w systemach logistycznych ratownictwa

Młynarski S.

Logistyka

|

2014

|

nr 4

PL

Skuteczność systemów również takich jak systemy ratownicze, decyzyjne, logistyczne oraz bezpieczeństwa zależy od ich niezawodności podczas wykonywania zadań, czyli w czasie ich eksploatacji oraz od ich odporności na penetracje różnymi czynnikami zakłócającymi i destrukcyjnymi. W niniejszym opracowaniu zaproponowano możliwość aplikacji metod stosowanych w analizie niezawodności obiektów dla zwiększenia bezpieczeństwa eksploatacji. Jednym z podstawowych i najważniejszych elementów w rozważaniach nad bezpieczeństwem systemów jest ich struktura. System ratownictwa, logistyczny, bezpieczeństwa i systemy destrukcji przez struktury niezawodnościowe oddziaływują na system eksploatacji. Wynika z tego, że struktury niezawodnościowe stanowią kluczową rolę w systemach ratowniczych, logistycznych i bezpieczeństwa. Aplikacja teorii niezawodności daje duże możliwości w analizie zagadnień dotyczących logistyki w ratownictwie i bezpieczeństwie systemów. Rodzaje struktur niezawodnościowych, jakie mogą reprezentować omawiane systemy stanowią istotną część opracowania. Prezentacja graficzna i zapisy analityczne charakteryzują złożoność problemów podlegających analizie. Jednocześnie prezentują narządzie umożliwiające wartościową ocenę ryzyka w eksploatacji systemów. Zastosowanie zaawansowanych metod i programów komputerowych do analizy niezawodności umożliwia symulację i optymalizację struktur systemów ratownictwa i bezpieczeństwa dla osiągnięcia maksymalnej ich niezawodności i zwiększenia skuteczności w działaniach ratowniczych i zachowaniu bezpieczeństwa systemów.

EN

The effectiveness of the systems such as rescue systems, decision-making, logistics and security depends on the reliability of task performance, that is, during the exploitation period and of their resistance to the penetration of various confounders and destructive. In this paper proposed the possibility of application of the methods used in the analysis of reliability of objects to increase operational safety. One of the basic and most important elements in the consideration of the safety systems is its structure. The systems of rescue, logistics, security and reliability destruction of the structures affect the system operation. It follows that the structure reliability is a key role in rescue systems, logistics and safety. Application of reliability theory is big opportunities in the analysis of issues related to logistics in emergency and security systems. Graphical presentation and analytical entries are characterized by the complexity of the problems under analysis. At the same time represent a valuable tool for risk assessment in operating systems. The use of advanced methods and computer programs for reliability analysis enables the simulation and optimization of structures rescue and safety systems for maximum reliability and effectiveness in rescue operations and maintaining security systems.

11

Reliability-based structural optimization accouting for manufacturing and material quality

Doliński K., Stocki R.

Engineering Transactions

|

2001

|

Vol.49, iss.4

624-636

EN

The reliability-based optimization problem in which the structural material and manufacturing quality is assumed to be uncertain is considered. Moreover, the quality cost is appropriately taken into consideration in the formula determining the total cost of the structure. Some parameters describing the quality, namely the means and variances of the material properties and the variances of the precision of assembling of the structure are considered as the design parameters in the optimization procedure, in which the required structural reliability level determines some constrains to be satisfied in searching for the minimum structural cost.