Frame structures with viscoelastic (VE) dampers mounted on them are considered in this paper. It is the aim of this paper to compare the dynamic characteristics of frame structures with VE dampers when the dampers are modelled by means of different models. The classical rheological models, the model with the fractional order derivative, and the complex modulus model are used. A relatively large structure with VE dampers is considered in order to make the results of comparison more representative. The formulae for dissipation energy are derived. The finite element method is used to derive the equations of motion of the structure with dampers and such equations are written in terms of both physical and state-space variables. The solution to motion equations in the frequency domain is given and the dynamic properties of the structure with VE dampers are determined as a solution to the appropriately defined eigenvalue problem. Several conclusions concerning the applicability of a family of models of VE dampers are formulated on the basis of results of an extensive numerical analysis.
This paper introduces a spectrally formulated element method (SEM) for the beams treated with passive constrained layer damping (PCLD). The viscoelastic core of the beams has a complex modulus that varies with frequency. The SEM is formulated in the frequency domain using dynamic shape functions based on the exact displacement solutions from progressive wave methods, which implicitly account for the frequency-dependent complex modulus of the viscoelastic core. The frequency response function and dynamic responses obtained by the SEM and the conventional finite element method (CFEM) are compared to evaluate the validity and accuracy of the present spectral PCLD beam element model. The spectral PCLD beam element model is found to provide very reliable results when compared with the conventional finite element model.
A lead-free bulk ceramic having a chemical formula $Ba_{0.8}Ca_{0.2}(Ti_{0.8}Zr_{0.1}Ce_{0.1})O_3$ (further termed as BCTZCO) is synthesized using mixed oxide route. The structural, dielectric, impedance, and conductivity properties, as well as the modulus of the synthesized sample are discussed in the present work. Analysis of X-ray diffraction data obtained at room temperature reveals the existence of some impurity phases. The natural surface morphology shows close packing of grains with few voids. Attempts have been made to study the (a) effect of microstructures containing grains, grain boundaries, and electrodes on impedance and capacitive characteristics, (b) relationship between properties and crystal structure, and (c) nature of the relaxation mechanism of the prepared samples. The relationship between the structure and physical properties is established. The frequency and temperature dependence of the dielectric properties reveal that this complex system has a high dielectric constant and low tangent loss. An analysis of impedance and related parameters illuminates the contributions of grains. The activation energy is determined for only the high temperature region in the temperature dependent AC conductivity graph. Deviation from the Debye behavior is seen in the Nyquist plot at different temperatures. The relaxation mechanism and the electrical transport properties in the sample are investigated with the help of various spectroscopic (i.e., dielectric, modulus, and impedance) techniques. This lead free sample will serve as a base for device engineering.
The uncertain geotechnical properties of frozen soil are important evidence for the design, operation and maintenance of the frozen ground. The complex geological, environmental and physical effects can lead to the spatial variations of the frozen soil, and the uncertain mechanical properties are the key factors for the uncertain analysis of frozen soil engineering. In this study, the elastic modulus, strength and Poisson ratio of warm frozen soil were measured, and the statistical characteristics under different temperature conditions are obtained. The autocorrelation distance (ACD) and autocorrelation function (ACF) of uncertain mechanical properties are estimated by random field (RF) method. The results show that the mean elastic modulus and mean strength decrease with the increase of temperature while the mean Poisson ratio increases with the increase of temperature. The average values of the ACD for the elastic modulus, strength and Poisson ratio are 0.64m, 0.53m and 0.48m, respectively. The standard deviation of the ACD for the elastic modulus, strength and Poisson ratio are 0.03m, 0.07m and 0.03m, respectively. The ACFs of elastic modulus, strength and Poisson ratio decrease with the increase of ratio of local average distance and scale of fluctuation. The ACF of uncertain mechanical properties is different when the temperature is different. This study can improve our understanding of the spatial autocorrelation variations of uncertain geotechnical properties and provide a basis and reference for the uncertain settlement analysis of frozen soil foundation.
We investigated complex damped modes in beams in the presence of a viscoelastic layer sandwiched between two elastic layers. The problem was solved using two approaches, (1) Rayleigh beam theory and analyzed using the Ritz method, and (2) by using 2D plane stress elasticity based finite-element method. The damping in the layers was modeled using the complex modulus. Simply-supported, cantilever, and viscously supported boundary conditions were considered in this study. Simple trigonometric functions were used as admissible functions in the Ritz method. The key idea behind sandwich structure is to increase damping in a beam as affected by the presence of a highly-damped core layer vibrating mainly in shear. Different assumptions are utilized in the literature, to model shear deformation in the core layer. In this manuscript, we used FEM without any kinematic assumptions for the transverse shear in both the core and elastic layers. Moreover, numerical examples were studied, where the base and constraining layers were also damped. The loss factor was calculated by modal strain energy method, and by solving a complex eigenvalue problem. The efficiency of the modal strain energy method was tested for different loss factors in the core layer. Complex mode shapes of the beam were also examined in the study, and a comparison was made between viscoelastically and viscously damped structures. The numerical results were compared with those available in the literature, and the results were found to be satisfactory.
Park, Mi-Yun;Lee, Jin-Ug;Lee, Seong-Hyeok;Park, Jae-Hak;Lim, Yu-Jin
Proceedings of the KSR Conference
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2011.10a
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pp.428-435
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2011
In general, thickness of the sublayers under track is designed based on concept of vertical soil reaction value or vertical stiffness. However, this design method cannot take consideration into soil-track interaction under repetitive load, traffic condition and velocity of the train. Furthermore, the reinforced roadbed soils experience complex behavior that cannot be explained by conventional stress-strain relation expressed as soil reaction value k. The reinforced roadbed soils also can produce cumulative permanent deformation under repetitive load caused by train. Therefore new design method for the sublayers under track must be developed that can consider both elastic modulus and permanent deformation. In this study, a new design concept, a rule-of-thumb, is proposed as the form of design monograph that is developed using elastic multi-layer and finite element programs by analyzing stress and deformation in the sublayers with changing the thickness and elastic modulus of the sublayers and also using data obtained from repetitive triaxial test. This new design concept can be applied to design of the reinforced roadbed before developing full version of design methodology that can consider MGT, axial load and the material properties of the layers. The new design monograph allows the user to design the thickness of the reinforced roadbed based on permanent deformation, elastic modulus and MGT.
Dynamic rheological properties of hot pepper-soybean paste (HPSP) samples mixed with guar gum and xanthan gum were evaluated at different storage temperatures (5, 15, and $25^{\circ}C$) by using a dynamic rheometer. Magnitudes of storage modulus (G'), loss modulus (G"), and complex viscosity (${\eta}^*$) in the HPSP-gum mixtures increased with an increase in storage temperature from 5 to $25^{\circ}C$. After 3-month storage at 5 and $15^{\circ}C$ there were no significant changes in dynamic rheological properties. The increase in dynamic moduli (G', G", and ${\eta}^*$) with storage temperature is less pronounced at HPSP-xanthan gum mixtures in comparison to HPSP-guar gum mixtures. The slopes of G' (0.16-0.18) of HPSP-guar gum mixtures at 3-month storage were much higher than that (0.10) at 0-month storage, indicating that the elastic properties of the HPSP-guar gum mixtures can be decreased after 3-month storage. However, there were not much differences between the slopes of G' in HPSP-xathan gum mixtures. Xanthan gum was observed to be better structure stabilizer for HPSP during storage.
Park, Kyoung-Mi;Kim, Jae-Hwan;Choi, Seung-Bok;Kim, Kyung-Su
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.210-215
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2002
MR(Magnetorheogical) fluid composed of fine iron powders dispersed in silicon oil is utilized to many smart structures and devices because of its significant rheological property change by the application of an external magnetic field. When we deal with the shock wave attenuation of warship structures, we should be able to characterize the high frequency behavior of MR fluids. So far, however, many efforts have been focused on the material characterization of MR fluids at low frequencies below 100Hz. In this paper, the MR fluid property characterization at high frequency region is performed. An experimental setup based on wave transmission technique is made and the storage modulus as well as the loss modulus of MR fluids are found from the measured data of speed sound and attenuation. Details of the experiment are addressed and the obtained storage and loss moduli are addressed at $50kHz{\sim}100kHz$.
Rheological properties of acorn flour-guar gum mixtures (4% w/w) at different guar gum concentrations (0, 0.2, 0.4, 0.6, and 0.8% w/w) were evaluated in steady and dynamic shear. The acorn flour-guar gum mixtures at $25^{\circ}C$ showed high shear-thinning flow behavior (n= 0.20-0.27). Consistency index (K), apparent viscosity (${\eta}_{a,100}$), and Casson yield stress (${\sigma}_{oc}$) increased with the increase in guar gum concentration. Within the temperature range of $25-70^{\circ}C$, the {\eta}_{a,100}$ of mixtures obeyed the Arrhenius relationship with high determination coefficient ($R^2=\;0.974-0.994$). Activation energy values (5.37-6.77 kJ/mole) of acorn flour dispersions in the mixtures with guar gum (0.2-0.8%) were much lower than that (12.5 kJ/mole) of acorn flour dispersion (0% guar gum). Storage modulus (G'), loss modulus (G"), and complex viscosity (${\eta}^*$) increased with the increase in guar gum concentration. Dynamic rheological data of 1n (G', G") versus ln frequency (w) of guar gum-acorn flour mixtures had positive slopes with G' greater than G" over most of the frequency range, indicating that they exhibited weak gel-like behavior.
The response of an embedded body to dynamic loads is greatly influenced by the reactions of the soil to the motion of the body. The properties of the soil surrounding embedded bodies (e.g., piles) may be different than those of the far-field for a variety of reasons. It may be weakened or strengthened according to the method of installation of piles, or altered due to applying one of the soil strengthening technique (e.g., electrokinetic treatment of soil, El Naggar et al. 1998). In all these cases, the shear strength of the soils and its shear modulus vary gradually in the radial direction, resulting in a radially inhomogeneous soil layer. This paper describes an analysis to compute vertical and torsional dynamic soil reactions of a radially inhomogeneous soil layer with a circular hole. These soil reactions could then be used to model the soil resistance in the analysis of the pile vibration under dynamic loads. The soil layer is considered to have a piecewise, radial variation for the complex shear modulus. The model is developed for soil layers improved using the electrokinetic technique but can be used for other situations where the soil properties vary gradually in the radial direction (strengthened or weakened). The soil reactions (impedance functions) are evaluated over a wide range of parameters and compared with those obtained from other solutions. A parametric study was performed to examine the effect of different soil improvement parameters on vertical and torsional impedance functions of the soil. The effect of the increase in the shear modulus and the width of the improved zone is investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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