A Study on Failure Mode of Pipe Elbows with Wall Thinning

두께 감소된 배관 엘보우의 파손 모드에 대한 연구

Difference of failure modes was studied by finite element analysis for elbows with local wall thinning area particularly at inner surface of intrados of the elbow. Longitudinal wall thinning length, minimum thickness were kept constant but circumferential wall thinning width was varied to get $90^{\circ}$, $180^{\circ}$ and $360^{\circ}$ thinning width. Elastic-plastic analysis were carried out under the combined loading conditions of internal pressure and in-plane bending moment closing the elbow. Von Mises stress were obtained from the outer surface central surface location in intrados, extrados and crown parts in elbow. The results showed that the plastic deformation and failure started from the crown location when the thinning width small ($90{\sim}180^{\circ}$). However, plastic collapse started from the intrados location when the thinning width is approaching $360^{\circ}C$. This should be reflected to assess structural integrity of elbows after wall thinning measurement is made.

배관 엘보우의 내호면(intrados)의 과 내부에 국부적으로 두께 감육이 발생한 경우, 내압과 엘보우를 닫는 방향으로의 굽힘하중을 부가하여 파손 모드를 연구하였다. 탄소성해석 시 반력-변위 곡선이 세 그룹으로 나뉘므로 각 그룹의 한 경우씩을 해석하여 소성붕괴에 의한 파손모드의 차이를 확인하였다. 이를 위해 주요 부위에서 하중-국부적응력 곡선이 어떻게 변화하는지 결정하여, 이로부터 관찰된 파손모드와 비교하여 설명하였다. 감육폭이 $90^{\circ}$인 경우 배관은 엘보우 측면부터 소성붕괴가 시작되었으며, $360^{\circ}$인 경우 내호면으로부터 소성변형이 시작되어 서로 다른 파손모드를 보여주었다. 배관의 감육측정에 의한 건전성 평가 시 이와 같은 파손 모드의 차이점을 고려하여 평가를 실시하여야 한다.