The falling ball viscometer has been widely used for measuring the viscosity of the Newtonian fluids because of its simple theory and low cost. The use of the falling ball viscometer for measuring the non-Newtonian viscosity has been of interest to rheologists for some years. The analysis of the experimental results in a falling ball viscometer rest on Stokes law which yields the terminal velocity for a sphere moving through an infinite medium of fluids. An attempt to use the falling ball viscometer to measure the non-Newtonian viscosity in the intermediate shear rate ranEe was sucessfully accomplished by combining the direct experimental obserbations with a simple analytical model for the average shear-stress and shear rate at, the surface of a sphere. In the experiments with highly viscoelastic polyacrylamide solutions the terminal velocity was observed to be dependent on the time interval between the dropping of successive balls. The time-dependent phenomenon was used to determine characteristic diffusion times of the concentrated solutions of polyacrylamide.
Proceedings of the Korean Society of Rheology Conference
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2006.06a
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pp.61-64
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2006
Soft materials, such as polymer solutions, gels and filamentous protein materials in cells, show complicated behavior due to their complex structures and dynamics with multiple characteristic time and length scales. Several complementary techniques have been developed to measure viscoelastic of soft materials. Especially, particle tracking microrheology, using the Brownian motion of particles in a medium to get rheological properties, has recently been improved both theoretically and experimentally. Compared to other conventional methods, video particle tracking microrheology has some advantages such as small sample volume, detecting spatial variation of local rheological properties, and less damage to sample materials. With these advantages, microrheology is more suitable to measure the properties of complex materials than other mechanical rheometries.
Jeon, Min-Kyung;Kwon, Tae-Hyuk;Park, Jin-Sung;Shin, Jennifer H.
Geomechanics and Engineering
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v.12
no.5
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pp.849-862
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2017
With growing interests in using bacterial biopolymers in geotechnical practices, identifying mechanical properties of soft gel-like biopolymers is important in predicting their efficacy in soil modification and treatment. As one of the promising candidates, dextran was found to be produced by Leuconostoc mesenteroides. The model bacteria utilize sucrose as working material and synthesize both soluble and insoluble dextran which forms a complex and inhomogeneous polymer network. However, the traditional rheometer has a limitation to capture in situ properties of inherently porous and inhomogeneous biopolymers. Therefore, we used the particle tracking microrheology to characterize the material properties of the dextran polymer. TEM images revealed a range of pore size mostly less than $20{\mu}m$, showing large pores > $2{\mu}m$ and small pores within the solid matrix whose sizes are less than $1{\mu}m$. Microrheology data showed two distinct regimes in the bacterial dextran, purely viscous pore region of soluble dextran and viscoelastic region of the solid part of insoluble dextran matrix. Diffusive beads represented the soluble dextran dissolved in an aqueous phase, of which viscosity was three times higher than the growth medium viscosity. The local properties of the insoluble dextran were extracted from the results of the minimally moving beads embedded in the dextran matrix or trapped in small pores. At high frequency (${\omega}>0.2Hz$), the insoluble dextran showed the elastic behavior with the storage modulus of ~0.1 Pa. As frequency decreased, the insoluble dextran matrix exhibited the viscoelastic behavior with the decreasing storage modulus in the range of ${\sim}0.1-10^{-3}Pa$ and the increasing loss modulus in the range of ${\sim}10^{-4}-1\;Pa$. The obtained results provide a compilation of frequency-dependent rheological or viscoelastic properties of soft gel-like porous biopolymers at the particular conditions where soil bacteria produce bacterial biopolymers in subsurface.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.13
no.2
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pp.127-153
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2012
This paper presents an advanced computational method for the prediction of the responses in the frequency domain of general linear dissipative structural-acoustic and fluid-structure systems, in the low-and medium-frequency domains and this includes uncertainty quantification. The system under consideration is constituted of a deformable dissipative structure that is coupled with an internal dissipative acoustic fluid. This includes wall acoustic impedances and it is surrounded by an infinite acoustic fluid. The system is submitted to given internal and external acoustic sources and to the prescribed mechanical forces. An efficient reduced-order computational model is constructed by using a finite element discretization for the structure and an internal acoustic fluid. The external acoustic fluid is treated by using an appropriate boundary element method in the frequency domain. All the required modeling aspects for the analysis of the medium-frequency domain have been introduced namely, a viscoelastic behavior for the structure, an appropriate dissipative model for the internal acoustic fluid that includes wall acoustic impedance and a model of uncertainty in particular for the modeling errors. This advanced computational formulation, corresponding to new extensions and complements with respect to the state-of-the-art are well adapted for the development of a new generation of software, in particular for parallel computers.
The buckling properties of a single-layered graphene sheet (SLGS) are examined using nonlocal integral first shear deformation theory (FSDT) by incorporating the influence of visco-Pasternak's medium. This model contains only four variables, which is even less than the conventional FSDT. The visco-Pasternak's medium is introduced by considering the damping influence to the conventional foundation model which modeled by the linear Winkler's coefficient and Pasternak's (shear) foundation coefficient. The nanoplate under consideration is subjected to compressive in- plane edge loads per unit length. The impacts of many parameters such as scale parameter, aspect ratio, the visco-Pasternak's coefficients, damping parameter, and mode numbers on the stability investigation of the SLGSs are examined in detail. The obtained results are compared with the corresponding available in the literature.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1996.04a
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pp.241-246
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1996
A new solution for the dynamic analysis of as asphalt concrete pavements under moving loads has been developed. The asphalt concrete pavement can be modeled in elastic or viscoelastic medium of multi-layered structure. The subgrade can be modeled as either a rigid base or a semi-infinite halfspace. The loads may be constant or arbitrary circular loads into one direction. The method utilizes the Complex Response Method of transient analysis with a continuum solution in the horizontal direction and a finite-element solution in the vertical direction. This proposed method incorporates such important factors as wave propagation, inertia and damping effects of the medium as well as frequency-dependent asphalt concrete properties. The proposed method has been validted with the full-scale field truck test, which was conducted on instrumented asphalt concrete section on a test track at PACCAR Technical Center in Mount Vernon, Washington. Comparison with field strain data from full-scale pavement tests has shown excellent agreement. Theoretical results have shown that the effect of vehicle speed is significant and that it is in part due to the frequency-dependent
Ali Alnujaie;Ahmed A. Daikh;Mofareh H. Ghazwani;Amr E. Assie;Mohamed A Eltaher
Advances in nano research
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v.17
no.2
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pp.181-195
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2024
This study introduces a novel functionally graded material model, termed the "Coated Functionally Graded Graphene-Reinforced Composite (FG GRC)" model, for investigating the free vibration response of plates, highlighting its potential to advance the understanding and application of material property variations in structural engineering. Two types of coated FG GRC plates are examined: Hardcore and Softcore, and five distribution patterns are proposed, namely FG-A, FG-B, FG-C, FG-D, and FG-E. A modified displacement field is proposed based on the higher-order shear deformation theory, effectively reducing the number of variables from five to four while accurately accounting for shear deformation effects. To solve the equations of motion, an analytical solution based on the Galerkin approach was developed for FG GRC plates resting on a viscoelastic Winkler/Pasternak foundation, applicable to various boundary conditions. A comprehensive parametric analysis elucidates the impact of multiple factors on the fundamental frequencies. These factors encompass the types and distribution patterns of the coated FG GRC plates, gradient material distribution, porosities, nonlocal length scale parameter, gradient material scale parameter, nanoplate geometry, and variations in the elastic foundation. Our theoretical research aims to overcome the inherent challenges in modeling structures, providing a robust alternative to experimental analyses of the mechanical behavior of complex structures.
In this work, we present a theoretical framework to study the thermovisco-elastic responses of homogeneous, isotropic and perfectly conducting medium subjected to inclined load. Based on recently developed generalized thermoelasticity theory with fractional order strain, the two-dimensional governing equations are obtained in the context of generalized magnetothermo-viscoelasticity theory without energy dissipation. The Kelvin-Voigt model of linear viscoelasticity is employed to describe the viscoelastic nature of the material. The resulting formulation of the field equations is solved analytically in the Laplace and Fourier transform domain. On the application of inclined load at the surface of half-space, the analytical expressions for the normal displacement, strain, temperature, normal stress and tangential stress are derived in the joint-transformed domain. To restore the fields in physical domain, an appropriate numerical algorithm is used for the inversion of the Laplace and Fourier transforms. Finally, we have demonstrated the effect of magnetic field, viscosity, mechanical relaxation time, fractional order parameter and time on the physical fields in graphical form for copper material. Some special cases have also been deduced from the present investigation.
A mathematical analysis has been carried out for understanding the traversal attributes of torsional waves in a Voigt-type viscoelastic porous layer bounded with corrugated surfaces resting over a heterogeneous transversely isotropic gravitating semi-infinite medium. Both the media are assumed to be under the effect of initial stresses acting along horizontal directions. In the presumed geometry, continuous and periodic type of corrugation has been considered. The condensed form of dispersion relation has been obtained analytically with the aid of the Whittaker's function and suitable boundary conditions. The influence of viscoelasticity, porosity, initial stresses, heterogeneity, gravity, undulation and position parameters on the phase and damped velocities has been illustrated graphically. In addition, relative examination investigating the impact of corrugated and planar bounded surfaces on the dispersion and damping characteristics is one of the important highlights of this study.
The propagation of non-uniformly modulated, evolutionary random waves in viscoelastic, transversely isotropic, stratified materials is investigated. The theory is developed in the context of a multi-layered soil medium overlying bedrock, where the material properties of the bedrock are considered to be much stiffer than those of the soil and the power spectral density of the random excitation is assumed to be known at the bedrock. The governing differential equations are first derived in the frequency/wave-number domain so that the displacement response of the ground may be computed. The eigen-solution expansion method is then used to solve for the responses of the layers. This utilizes the precise integration method, in combination with the extended Wittrick-Williams algorithm, to obtain all the eigen-solutions of the ordinary differential equation. The recently developed pseudo-excitation method for structural random vibration is then used to determine the solution of the layered soil responses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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