Numerical study of the flutter of a plate on a viscoelastic foundation is carried out in the paper. Critical velocity of the flutter of a plate on an elastic and viscoelastic foundation is determined. The mathematical model for the investigation of viscoelastic plates is based on the Marguerre's theory applied to the study of the problems of strength, rigidity and stability of thin-walled structures such as aircraft wings. Aerodynamic pressure is determined in accordance with the A.A. Ilyushin's piston theory. Using the Bubnov - Galerkin method, the basic resolving systems of nonlinear integro-differential equations (IDE) are obtained. At wide ranges of geometric and physical parameters of viscoelastic plates, their influence on the flutter velocity has been studied in detail.
The model of Poisson's ratio of the fruits was developed on the basis that the cylindrical fruits specimen became the barrel shape when it was being compressed. The model of the corrected creep compliance of the fruits was developed under considering the developed model of Poisson's ratio. Both of the Poisson's ratio and the corrected creep compliance of the samples showed the nonlinear viscoelastic behavior. Those models were a similar form, but their coefficients of the model were different, and these behaviors of the samples were well described by the nonlinear model as a function of the initial stress and time. Effects of storage condition and period on the Poisson's ratio of the samples were investigated, and comparisons between the corrected and the uncorrected creep compliance of the samples were made.
Using a strain-controlled rheometer, the dynamic viscoelastic properties of aqueous xanthan gum solutions with different concentrations were measured over a wide range of strain amplitudes and then the linear viscoelastic behavior in small amplitude oscillatory shear flow fields was investigated over a broad range of angular frequencies. In this article, both the strain amplitude and concentration dependencies of dynamic viscoelastic behavior were reported at full length from the experimental data obtained from strain-sweep tests. In addition, the linear viscoelastic behavior was explained in detail and the effects of angular frequency and concentration on this behavior were discussed using the well-known power-law type equations. Finally, a fractional derivative model originally developed by Ma and Barbosa-Canovas (1996) was employed to make a quantitative description of a linear viscoelastic behavior and then the applicability of this model was examined with a brief comment on its limitations. Main findings obtained from this study can be summarized as follows: (1) At strain amplitude range larger than 10%, the storage modulus shows a nonlinear strain-thinning behavior, indicating a decrease in storage modulus as an increase in strain amplitude. (2) At strain amplitude range larger than 80%, the loss modulus exhibits an exceptional nonlinear strain-overshoot behavior, indicating that the loss modulus is first increased up to a certain strain amplitude(${\gamma}_0{\approx}150%$) beyond which followed by a decrease in loss modulus with an increase in strain amplitude. (3) At sufficiently large strain amplitude range (${\gamma}_0>200%$), a viscous behavior becomes superior to an elastic behavior. (4) An ability to flow without fracture at large strain amplitudes is one of the most important differences between typical strong gel systems and concentrated xanthan gum solutions. (5) The linear viscoelastic behavior of concentrated xanthan gum solutions is dominated by an elastic nature rather than a viscous nature and a gel-like structure is present in these systems. (6) As the polymer concentration is increased, xanthan gum solutions become more elastic and can be characterized by a slower relaxation mechanism. (7) Concentrated xanthan gum solutions do not form a chemically cross-linked stable (strong) gel but exhibit a weak gel-like behavior. (8) A fractional derivative model may be an attractive means for predicting a linear viscoelastic behavior of concentrated xanthan gum solutions but classified as a semi-empirical relationship because there exists no real physical meaning for the model parameters.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.4
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pp.619-628
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2001
A viscoelastic constitutive equation of rubber is proposed under small oscillatory load superimposed on large static deformation. The proposed model is derived through linearization of Simos nonlinear viscoelastic constitutive model and reference configuration transformation. Statically pre-deformed state is used as reference configuration. The model is extended to a generalized viscoelastic constitutive equation including widely-used Mormans model. Static deformation correction factor is introduced to consider the influence of pre-strain on the relaxation function. The model is tested for dynamic behavior of rubbers with different carbon black fractions. It is shown that the constitutive equation with static deformation correction factor agrees well with test results.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.06a
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pp.911-914
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2005
Soft tissue characterization and modeling based on living tissues has been investigated in order to provide a more realistic behavior in a virtual reality based surgical simulation. In this paper, we characterize the nonlinear viscoelastic properties of intra-abdominal organs using the data from in vivo animal experiments and inverse FE parameter estimation algorithm. In the assumptions of quasi-linear-viscoelastic theory, we estimated the nonlinear material parameters to provide a physically based simulation of tissue deformations. To calibrate the parameters to the experimental results, we developed a three dimensional FE model to simulate the forces at the indenter and an optimization program that updates new parameters and runs the simulation iteratively. The comparison between simulation and experimental behavior of pig intra abdominal soft tissue are presented to provide a validness of the tissue model using our approach.
Mahmoud, Fatin F.;El-Shafei, Ahmed G.;Attia, Mohamed A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.47
no.1
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pp.27-44
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2013
A finite element computational procedure for the accurate analysis of quasistatic thermorheological complex structures response is developed. The geometrical nonlinearity, arising from large displacements and rotations (but small strains), is accounted for by the total Lagrangian description of motion. The Schapery's nonlinear single-integral viscoelastic constitutive model is modified for a time-stress-temperature-dependent behavior. The nonlinear thermo-viscoelastic constitutive equations are incrementalized leading to a recursive relationship and thereby the resulting finite element equations necessitate data storage from the previous time step only, and not the entire deformation history. The Newton-Raphson iterative scheme is employed to obtain a converged solution for the non-linear finite element equations. The developed numerical model is verified with the previously published works and a good agreement with them is found. The applicability of the developed model is demonstrated by analyzing two examples with different thermal/mechanical loading histories.
Jang, Seung Yup;Park, Jin Chul;Hwang, Sung Ho;Kim, Eun
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.11
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pp.1078-1088
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2012
Recently, the vibration and structure-borne noise induced by passing trains are of great concerns, and the floating slab track is highlighted as one of most efficient alternatives to reduce the railway vibration. However, due to the non-linearity and viscosity of rubber spring used in the floating slab track, its dynamic behavior is very complex. In this study, therefore, to simulate the dynamic behavior of floating slab track with a better accuracy, a nonlinear viscoelastic rubber spring model that can be incorporated in commercial finite element analysis codes has been proposed. This model is composed of a combination of elastic spring element, friction element and viscous element, and termed the "generalized friction viscoelastic model(GFVM)". Also, in this study, the method to determine the model parameters of GFVM based on Berg's 5-parameter model was presented. The results of the finite element analysis with this rubber spring model exhibit very good correlation with the test results of a laboratory mock-up test, and the feasibility of GFVM has been verified.
A creep-buckling analysis is studied for a simply-supported viscoelastic column. The fluid-type four-parameter model is employed because of its general applicability to creep materials. Using the imperfection-based incremental approach, a nonlinear load deflection equation is derived. Safe load and critical (or life) time which characterize the stability of the viscoelastic column are obtained mathematically and interpreted physically. A finite difference algorithm is applied to solve the second-order differential equation of the viscoelastic stress-strain relation. Numerical calculation has been made and discussed far a SUS316 stainless steel column.
The present paper investigates the simultaneous resonance behavior of spiral stiffened multilayer functionally graded (SSMFG) cylindrical shells with internal and external functionally graded stiffeners under the two-term large amplitude excitations. The structure is embedded within a generalized nonlinear viscoelastic foundation which is composed of a two-parameter Winkler-Pasternak foundation augmented by a Kelvin-Voigt viscoelastic model with a nonlinear cubic stiffness. The cylindrical shell has three layers consist of ceramic, FGM, and metal. The exterior layer of the cylindrical shell is rich ceramic while the interior layer is rich metal and the functionally graded material layer is located between these layers. With regard to classical shells theory, von-Kármán equation, and Hook law, the relations of stress-strain are derived for shell and stiffeners. The spiral stiffeners of the cylindrical shell are modeled according to the smeared stiffener technique. According to the Galerkin method, the discretized motion equation is obtained. The simultaneous resonance is obtained using the multiple scales method. Finally, the influences of different material and geometrical parameters on the system resonances are investigated comprehensively.
An inverse method with regularization has been developed to determine the viscoelastic properties of trabecular bone. A series of stress relaxation experiments were performed under the condition of uniaxial compression stress state. Optimization has been formulated within the framework of nonlinear least-squares and a modified Gauss-Newton method with a zeroth-order regularization technique. The stress relaxation behavior of trabecular bone was analyzed using a standard viscoelastic model. The present study clearly shows that trabecular bone exhibits typical viscoelastic stress relaxation behavior, and the obtained material parameters well represent the viscoelastic behavior of trabecular bone.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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