Presently, one of the most promising sources for a future of abundant, low-emission, and efficient energy comes in the form of nuclear fusion. However, in order for it to become a reality, fusion technology must overcome the obstacle of plasma confinement. Utilizing the tokomak based design for magnetic plasma confinement; ITER is currently developing a fusion reactor to prove its commercial viability. The purpose of this research was to determine the feasibility of pulling toroidal field cable with a press-fit grip sleeve that utilizes friction to generate a gripping force. Such a design is being considered by ITER to integrate (join) 800 m long sections of superconducting cable and conduit for use in toroidal field plasma confinement coil construction. In order to see if friction alone had the potential to withstand the required pulling load, eight grip sleeve samples were subjected to monotonic tensile loading until failure (sleeve slippage) occurred. It was also important that the grip could withstand the variable loading that will likely occur during the pulling process due to friction between the cable and conduit. Therefore, a period of cyclic loading, prior to tensile loading, was incorporated into the testing regimen. Based on the results of each experiment, additional modifications were made until the sleeve’s gripping strength exceeded that of the weld joint used in the design, meaning the physical limitations of the grip sleeve had been reached. Once the design was optimized, additional samples were tested under identical conditions to establish repeatability. In addition, Finite Element Analysis was used to obtain better insight into the deformation behavior of the cable. Based on the findings of this research, it was determined that a 300 mm long press-fit sleeve with a 25.4mm long reinforcement grip ring is capable of supporting a 116 kN (26,000 lbf) to 126.5 kN (28,500 lbf) tensile load, with little to no adverse effects from fatigue testing. Since this value exceeds the 8,000 lbf load used by a Japanese team to perform this same task, it can be concluded that the press-fit grip design is capable of performing the required cable pull with a generous safety factor.

The dissertation investigates the diagnostics of wire rope by using forced characteristics. The main object of research is defects of prestressed ropes using a dynamic systems characteristic. The primary purpose of this dissertation is to research the characteristics of a prestressed rope with outside of broken wire and to create research methodology of broken wires and determine its location. The paper approaches a few major tasks such as by experiment detecting the dynamic characteristics of the wire rope and detection broken wire on the surface of the wire rope using dynamic characteristics. Task 1 is formulated as the literature review found that the wire rope defects detected by using of the dynamic characteristics received little attention. Task 2 relates to the first problem solution, as measured by vibrating amplitude of broken wire, it is important to assess the reliability of measuring instruments. The introduction reveals the investigated problem, importance of the thesis and the object of research and describes the purpose and tasks of the paper, research methodology, scientific novelty, the practical significance of results examined in the paper and defended statements. The introduction ends in presenting the author’s publications on the subject of the defended dissertation, offering the material of made presentations in conferences and defining the structure of the dissertation. Chapter 1 analysis used literature. It contains a wire rope defects and diagnostic... [to full text] / Disertacijoje nagrinėjama plieninių lynų defektų nustatymas taikant jėgines charakteristikas. Pagrindinis tyrimo objektas yra įtemptų plieninių lynų defektų nustatymas naudojant lyno, kaip dinaminės sistemos, savybes. Pagrindinis disertacijos tikslas – ištirti įtempto plieninio lyno su išoriniame sluoksnyje nutrūkusiomis vielomis savybes ir sukurti nutrūkusių vielų bei jų vietos nustatymo tyrimų metodiką. Darbe sprendžiami keli pagrindiniai uždaviniai: eksperimentiškai nustatytos plieninio lyno dinaminės charakteristikos ir naudojant jas aptinkamos įtempto plieninio lyno paviršiuje nutrūkusios vielos buvimo vieta. Pirmasis uždavinys suformuluotas, nes atlikus literatūros apžvalgą nustatyta, kad plieninių lynų defektams aptikti naudojant dinamines charakteristikas skirta mažai dėmesio. Antrasis siejasi su pirmojo uždavinio sprendimu, nes kai matuojamos virpančios nutrūkusios vielos amplitudės, labai svarbu įvertinti matavimo priemonių patikimumą. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, rezultatų apibendrinimas, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai. Įvadiniame skyriuje aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašoma tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, ginamieji teiginiai. Įvado pabaigoje pristatomos disertacijos tema autoriaus paskelbtos publikacijos ir pranešimai konferencijose bei disertacijos struktūra. Pirmasis skyrius... [toliau žr. visą tekstą]

A necessidade de exploração de petróleo em águas profundas exige o emprego de dutos flexíveis com desempenho em fadiga adequado, sendo as armaduras de tração deste tipo de duto as camadas mais críticas para este tipo de solicitação. Atento a isto, este trabalho mostra o desenvolvimento de um novo conceito de armaduras de tração, que são construídas com cabos de aço. Para avaliar o desempenho dos cabos de aço na armadura tração foi elaborada uma configuração de armadura, com a seleção e aplicação de cabos de aço disponíveis no mercado nacional. Além da caracterização metalúrgica, dimensional e mecânica, foram feitos ensaios de fadiga ao ar e em água do mar sintética no cabo de aço selecionado. Ensaios em fadiga de uma seção da conexão foram feitos para avaliar as características da falha de fadiga, comparando-as com os tendões maciços. Também foi executada uma análise por elementos finitos para avaliar a distribuição de tensões no interior da resina, sendo validada pelo uso de extensômetros no cabo. Foi projetado e construído um duto com a configuração proposta, além das conexões. Este duto foi ensaiado em tração e fadiga e comparado com um duto de referência, em termos de peso, tensões e rigidez axial e a flexão. Os resultados sugerem um grande aumento na vida em fadiga nas conexões e no ambiente com água do mar. Além disso, o duto construído suportou com sucesso todos os modos de carregamento impostos ao duto de referência, superando o número de ciclos deste. As análises de falha indicaram que o duto desenvolvido apresentou o modo de fratura dúctil, enquanto que os ensaios com as seções da conexão indicaram sinais de fadiga em regiões com falha superficial dos fios. A rigidez axial é similar ao do duto de referência e a rigidez a flexão calculada é superior ao do duto de referência devido ao maior diâmetro das camadas das armaduras. Apesar do maior peso do duto desenvolvido, a resistência específica é similar. / The need for oil exploration in deep water requires the use of flexible pipes with better fatigue performance, and the tensile armor of this type of product layers critical for this type of application. Aware of this, this work shows the development of a new concept of tensile reinforcement, which are built with wire ropes. To evaluate the performance of wire ropes in tensile armor, an armor configuration was developed, with the selection and application of steel cables available in the domestic market. Besides metallurgical characterization, dimensional and mechanical fatigue tests were carried out in air and in synthetic sea water on wire rope selected. Fatigue tests on end-fitting section were made to evaluate the characteristics of fatigue failure, compared with the massive tendons. It has also been performed by finite element analysis to evaluate the stress distribution within the resin, being validated by the use of strain on the wire rope. It was designed and constructed a pipeline with the proposed configuration, in addition to connections. This pipeline was tested in tensile and fatigue compared to a reference pipeline in terms of weight, axial and flexural stiffness and axial tension. The results suggest a large increase in fatigue life on end-fitting and the environment with seawater. Furthermore, the flexible pipe developed successfully endure all modes of loading imposed on the reference pipe, surpassing the number of cycles thereof. The failure analysis indicated that the flexible pipe developed showed ductile fracture mode, while the trials with boxes indicated signs of fatigue failure in the regions with the surface of the wires. The axial stiffness is similar to the reference pipeline and the flexural stiffness calculated is higher than the reference product, due to the greater diameter of the layers of armor. Despite the greater weight of the product developed, the specific resistance is similar.

A necessidade de exploração de petróleo em águas profundas exige o emprego de dutos flexíveis com desempenho em fadiga adequado, sendo as armaduras de tração deste tipo de duto as camadas mais críticas para este tipo de solicitação. Atento a isto, este trabalho mostra o desenvolvimento de um novo conceito de armaduras de tração, que são construídas com cabos de aço. Para avaliar o desempenho dos cabos de aço na armadura tração foi elaborada uma configuração de armadura, com a seleção e aplicação de cabos de aço disponíveis no mercado nacional. Além da caracterização metalúrgica, dimensional e mecânica, foram feitos ensaios de fadiga ao ar e em água do mar sintética no cabo de aço selecionado. Ensaios em fadiga de uma seção da conexão foram feitos para avaliar as características da falha de fadiga, comparando-as com os tendões maciços. Também foi executada uma análise por elementos finitos para avaliar a distribuição de tensões no interior da resina, sendo validada pelo uso de extensômetros no cabo. Foi projetado e construído um duto com a configuração proposta, além das conexões. Este duto foi ensaiado em tração e fadiga e comparado com um duto de referência, em termos de peso, tensões e rigidez axial e a flexão. Os resultados sugerem um grande aumento na vida em fadiga nas conexões e no ambiente com água do mar. Além disso, o duto construído suportou com sucesso todos os modos de carregamento impostos ao duto de referência, superando o número de ciclos deste. As análises de falha indicaram que o duto desenvolvido apresentou o modo de fratura dúctil, enquanto que os ensaios com as seções da conexão indicaram sinais de fadiga em regiões com falha superficial dos fios. A rigidez axial é similar ao do duto de referência e a rigidez a flexão calculada é superior ao do duto de referência devido ao maior diâmetro das camadas das armaduras. Apesar do maior peso do duto desenvolvido, a resistência específica é similar. / The need for oil exploration in deep water requires the use of flexible pipes with better fatigue performance, and the tensile armor of this type of product layers critical for this type of application. Aware of this, this work shows the development of a new concept of tensile reinforcement, which are built with wire ropes. To evaluate the performance of wire ropes in tensile armor, an armor configuration was developed, with the selection and application of steel cables available in the domestic market. Besides metallurgical characterization, dimensional and mechanical fatigue tests were carried out in air and in synthetic sea water on wire rope selected. Fatigue tests on end-fitting section were made to evaluate the characteristics of fatigue failure, compared with the massive tendons. It has also been performed by finite element analysis to evaluate the stress distribution within the resin, being validated by the use of strain on the wire rope. It was designed and constructed a pipeline with the proposed configuration, in addition to connections. This pipeline was tested in tensile and fatigue compared to a reference pipeline in terms of weight, axial and flexural stiffness and axial tension. The results suggest a large increase in fatigue life on end-fitting and the environment with seawater. Furthermore, the flexible pipe developed successfully endure all modes of loading imposed on the reference pipe, surpassing the number of cycles thereof. The failure analysis indicated that the flexible pipe developed showed ductile fracture mode, while the trials with boxes indicated signs of fatigue failure in the regions with the surface of the wires. The axial stiffness is similar to the reference pipeline and the flexural stiffness calculated is higher than the reference product, due to the greater diameter of the layers of armor. Despite the greater weight of the product developed, the specific resistance is similar.

A necessidade de exploração de petróleo em águas profundas exige o emprego de dutos flexíveis com desempenho em fadiga adequado, sendo as armaduras de tração deste tipo de duto as camadas mais críticas para este tipo de solicitação. Atento a isto, este trabalho mostra o desenvolvimento de um novo conceito de armaduras de tração, que são construídas com cabos de aço. Para avaliar o desempenho dos cabos de aço na armadura tração foi elaborada uma configuração de armadura, com a seleção e aplicação de cabos de aço disponíveis no mercado nacional. Além da caracterização metalúrgica, dimensional e mecânica, foram feitos ensaios de fadiga ao ar e em água do mar sintética no cabo de aço selecionado. Ensaios em fadiga de uma seção da conexão foram feitos para avaliar as características da falha de fadiga, comparando-as com os tendões maciços. Também foi executada uma análise por elementos finitos para avaliar a distribuição de tensões no interior da resina, sendo validada pelo uso de extensômetros no cabo. Foi projetado e construído um duto com a configuração proposta, além das conexões. Este duto foi ensaiado em tração e fadiga e comparado com um duto de referência, em termos de peso, tensões e rigidez axial e a flexão. Os resultados sugerem um grande aumento na vida em fadiga nas conexões e no ambiente com água do mar. Além disso, o duto construído suportou com sucesso todos os modos de carregamento impostos ao duto de referência, superando o número de ciclos deste. As análises de falha indicaram que o duto desenvolvido apresentou o modo de fratura dúctil, enquanto que os ensaios com as seções da conexão indicaram sinais de fadiga em regiões com falha superficial dos fios. A rigidez axial é similar ao do duto de referência e a rigidez a flexão calculada é superior ao do duto de referência devido ao maior diâmetro das camadas das armaduras. Apesar do maior peso do duto desenvolvido, a resistência específica é similar. / The need for oil exploration in deep water requires the use of flexible pipes with better fatigue performance, and the tensile armor of this type of product layers critical for this type of application. Aware of this, this work shows the development of a new concept of tensile reinforcement, which are built with wire ropes. To evaluate the performance of wire ropes in tensile armor, an armor configuration was developed, with the selection and application of steel cables available in the domestic market. Besides metallurgical characterization, dimensional and mechanical fatigue tests were carried out in air and in synthetic sea water on wire rope selected. Fatigue tests on end-fitting section were made to evaluate the characteristics of fatigue failure, compared with the massive tendons. It has also been performed by finite element analysis to evaluate the stress distribution within the resin, being validated by the use of strain on the wire rope. It was designed and constructed a pipeline with the proposed configuration, in addition to connections. This pipeline was tested in tensile and fatigue compared to a reference pipeline in terms of weight, axial and flexural stiffness and axial tension. The results suggest a large increase in fatigue life on end-fitting and the environment with seawater. Furthermore, the flexible pipe developed successfully endure all modes of loading imposed on the reference pipe, surpassing the number of cycles thereof. The failure analysis indicated that the flexible pipe developed showed ductile fracture mode, while the trials with boxes indicated signs of fatigue failure in the regions with the surface of the wires. The axial stiffness is similar to the reference pipeline and the flexural stiffness calculated is higher than the reference product, due to the greater diameter of the layers of armor. Despite the greater weight of the product developed, the specific resistance is similar.

A simple unbonded-type shear strengthening technique for reinforced concrete beams using wire rope units is presented. Ten two-span reinforced concrete T-beams externally strengthened with wire rope units and an unstrengthened control beam were tested to failure, to explore the significance and shortcomings of the developed unbonded-type shear strengthening technique. The main parameters investigated were the type, amount and prestressing force of wire rope units. All beams tested failed, owing to significant diagonal cracks within the interior shear span. However, beams strengthened with closed type wire rope units exhibited more ductile failure than the unstrengthened, control beam or those strengthened with U-type wire rope units. The diagonal cracking load and ultimate shear capacity of beams with closed-type were linearly increased with the increase of vertical confinement stresses in concrete owing to the prestressing force in wire rope units, while those of beams with U-type were minimally influenced. It was also observed that average stresses in closed-type wire ropes crossing diagonal cracks at ultimate strength of beams tested were much higher than those in U-type wire ropes, showing better utilization in the former case. The shear capacity of beams with closed-type wire rope units is conservatively predicted using the equations of ACI 318-05, modified to account for the external wire rope units. A mechanism analysis based on the upper bound approach of the plasticity theory is also developed to assess the load capacity of beams tested. The predictions by the mechanism analysis for beams with closed-type wire rope units are in good agreement with test results and showed a coefficient of variation slightly less than the modified ACI 318-05 equations. However, the modified ACI 318-05 equations are more conservative and simpler to use for design purposes.

O tabuleiro laminado protendido é uma composição de peças interligadas por uma tensão de compressão aplicada perpendicularmente às lâminas de madeira. Para aplicar tal tensão, são usados elementos de aço tensionados e a cordoalha engraxada aparece no cenário atual como um material econômico para tabuleiros laminados protendidos, em substituição às barras dywidag, que são comumente utilizadas neste tipo de estrutura em outros países. O funcionamento mecânico do tabuleiro é caracterizado como uma placa ortotrópica, e este trabalho visou determinar as relações entre as constantes elásticas do tabuleiro com a utilização da cordoalha engraxada. Foram analisadas também as perdas de protensão ocorridas ao longo do tempo, causadas pela fluência e relaxação dos materiais e, a partir dos resultados, foi proposta uma equação para determinação teórica da perda de protensão nos tabuleiros. O estudo experimental foi realizado em um modelo em escala reduzida construído no LaMEM (Laboratório de Madeiras e Estruturas de Madeira) para determinar as constantes elásticas e as perdas de protensão. Ao fim do trabalho são apresentados os resultados e comparações com estudos anteriores; também foi confeccionado um Manual de Boa Execução para Tabuleiros Laminados Protendidos de Madeira com Cordoalha engraxada. / The stress-laminated bridge deck is a composition of parts, interconnected by compression stress, perpendicularly applied to the wood laminate. In order to apply such stress, stressed steel elements are used, as well as the greased wire rope, which comes along in the current scenario as an economic material for stress-laminated bridge decks, replacing the dywidag bars, commonly used in this sort of structure in other countries. This bridge deck mechanic function is characterized as an orthotropic plate, and this paper aimed at determining the relation among the decks elastic constants with the greased wire rope. Another analyzed point is the stress loss occurred through time, caused by material creep and relaxation, and, through the results, an equation for the decks stress loss theoretical determination was proposed. The experimental study was developed in a reduced scale built in LaMEM (Laboratório de Madeiras e Estruturas de Madeira) to determine the elastic constants and the stress loss. The results and comparisons with previous studies are presented by the end of this paper; In addition, a handbook of Proper Execution for Stress-laminated Wood Bridge Decks with Greased Wire Rope was developed.

O tabuleiro laminado protendido é uma composição de peças interligadas por uma tensão de compressão aplicada perpendicularmente às lâminas de madeira. Para aplicar tal tensão, são usados elementos de aço tensionados e a cordoalha engraxada aparece no cenário atual como um material econômico para tabuleiros laminados protendidos, em substituição às barras dywidag, que são comumente utilizadas neste tipo de estrutura em outros países. O funcionamento mecânico do tabuleiro é caracterizado como uma placa ortotrópica, e este trabalho visou determinar as relações entre as constantes elásticas do tabuleiro com a utilização da cordoalha engraxada. Foram analisadas também as perdas de protensão ocorridas ao longo do tempo, causadas pela fluência e relaxação dos materiais e, a partir dos resultados, foi proposta uma equação para determinação teórica da perda de protensão nos tabuleiros. O estudo experimental foi realizado em um modelo em escala reduzida construído no LaMEM (Laboratório de Madeiras e Estruturas de Madeira) para determinar as constantes elásticas e as perdas de protensão. Ao fim do trabalho são apresentados os resultados e comparações com estudos anteriores; também foi confeccionado um Manual de Boa Execução para Tabuleiros Laminados Protendidos de Madeira com Cordoalha engraxada. / The stress-laminated bridge deck is a composition of parts, interconnected by compression stress, perpendicularly applied to the wood laminate. In order to apply such stress, stressed steel elements are used, as well as the greased wire rope, which comes along in the current scenario as an economic material for stress-laminated bridge decks, replacing the dywidag bars, commonly used in this sort of structure in other countries. This bridge deck mechanic function is characterized as an orthotropic plate, and this paper aimed at determining the relation among the decks elastic constants with the greased wire rope. Another analyzed point is the stress loss occurred through time, caused by material creep and relaxation, and, through the results, an equation for the decks stress loss theoretical determination was proposed. The experimental study was developed in a reduced scale built in LaMEM (Laboratório de Madeiras e Estruturas de Madeira) to determine the elastic constants and the stress loss. The results and comparisons with previous studies are presented by the end of this paper; In addition, a handbook of Proper Execution for Stress-laminated Wood Bridge Decks with Greased Wire Rope was developed.

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Standards apply the proof of competence method to prove that a design force does not exceed a certain limit to ensure a certain safety level. Furthermore, standards elaborated during the last years apply a cycle-based approach instead of a time-based approach. The shortcomings of the standard ISO 16625:2013 need to be addressed in a revision. Therefore, the working group WG3 of ISO/TC 96 SC3 is preparing a new working draft ISO/WD 16625. This presentation is showing the requirements and objectives.