To reduce the vibration in industrial settings, the viscous fluid dampers have been widely used. Since the damper shows a viscoelastic behavior, many methods to predict the behavior have been investigated. But the methods did not consider a change of damper size that is important factor for practical design engineer. In this study, to predict a change of damper ability with respect to a change of damper size, the dynamic experiment were conducted with fixed aspect ratio and gap. The damping coefficient at zero frequency was computed through theoretical and experiment approach in order to fit the experimental results using fractional derivative Maxwell model.
Optimal damping layout of the constrained viscoelastic damping layer on beam is identified with temperatures by using a gradient-based numerical search algorithm. An optimal design problem is defined in order to determine the constrained damping layer configuration. A finite element formulation is introduced to model the constrained layer damping beam. The four-parameter fractional derivative model and the Arrhenius shift factor are used to describe dynamic characteristics of viscoelastic material with respect to frequency and temperature. Frequency-dependent complex-valued eigenvalue problems are solved by using a simple re-substitution algorithm in order to obtain the loss factor of each mode and responses of the structure. The results of the numerical example show that the proposed method can reduce frequency responses of beam at peaks only by reconfiguring the layout of constrained damping layer within a limited weight constraint.
An optimization formulation of unconstrained damping treatment on beams is proposed to minimize vibration responses using a numerical search method. The fractional derivative model is combined with RUK's equivalent stiffness approach in order to represent nonlinearity of complex modulus of damping materials with frequency and temperature. The loss factors of partially covered unconstrained beam are calculated by the modal strain energy method. Vibration responses are calculated by using the modal superposition method, and of which design sensitivity formula with respect to damping layout is derived analytically. Plugging the sensitivity formula into optimization software, we can determine optimally damping treatment region that gives minimum forced response under a given boundary condition. A numerical example shows that the proposed method is very effective in minimizing vibration responses with unconstrained damping layer treatment.
An optimization formulation is proposed to minimize sound pressures in a two-dimensional cavity by controlling the attachment area of unconstrained damping materials. For the analysis of structural-acoustic systems, a hybrid approach that uses finite elements for structures and boundary elements for cavity is adopted. Four-parameter fractional derivative model is used to accurately represent dynamic characteristics oJ the viscoelastic materials with frequency and temperature. Optimal layouts of the unconstrained damping layer on structural wall of cavity are identified according to temperatures and the amount of damping material by using a numerical search algorithm.
Vehicle vibrations arise from engine and road surface excitations. The engine mount system of a passenger car sustains the engine weight and insulates the excitation force from the engine system. The dynamic properties of viscoelastic material used for the vehicle engine mounts have large variation due to environmental factors such as environmental temperature and humidity etc. The present study aims to investigate the variability of dynamic characteristics in rubber engine mounts considering both environmental temperature change and material model errors/uncertainty. The engine mounts for a passenger car were modeled using finite element method. Then, the dynamic stiffness variability of the engine mounts were estimated using Monte Carlo simulation method. In order to estimate the variations in the storage and loss moduli of the viscoelastic materials, the material properties of the synthetic rubber were expressed as a fractional-derivative model. Next, in order to simulate the uncertainty propagation of the dynamic stiffness for the engine mounts due to the storage and loss moduli variations, the Monte Carlo simulation was used. The Monte Carlo simulation results showed large variation of the engine-mount stiffness along frequency axis.
Simplified analytical solutions are developed for the dynamic analyses of an axially loaded pile foundation embedded in a transverse-isotropic, fluid-filled, poro-visco-elastic soil with rigid substratum. The pile is modeled as a viscoelastic Rayleigh-Love rod, while the surrounding soil is regarded as a transversely isotropic, liquid-saturated, viscoelastic, porous medium of which the mechanical behavior is represented by the Boer's poroelastic media model and the fractional derivative model. Upon the separation of variables, the frequency-domain responses for the impedance function of the pile top, and the vertical displacement and the axial force along the pile shaft are gained. Then by virtue of the convolution theorem and the inverse Fourier transform, the time-domain velocity response of the pile head is derived. The presented solutions are validated, compared to the existing solution, the finite element model (FEM) results, and the field test data. Parametric analyses are made to show the effect of the soil anisotropy and the excitation frequency on the pile-soil dynamic responses.
This paper deals with the effect of ply orientation and control gain on tip transverse displacement of functionally graded beam layer for both active constrained layer damping (ACLD) and passive constrained layer damping (PCLD) system. The functionally graded beam is taken as host beam with a bonded viscoelastic layer in ACLD beam system. Piezoelectric fiber reinforced composite (PFRC) laminate is a constraining layer which acts as actuator through the velocity feedback control system. A finite element model has been developed to study actuation of the smart beam system. Fractional order derivative constitutive model is used for the viscoelastic constitutive equation. The control voltage required for ACLD treatment for various symmetric ply stacking sequences is highest in case of longitudinal orientation of fibers of PFRC laminate over other ply stacking sequences. Performance of symmetric and anti-symmetric ply laminates on damping characteristics has been investigated for smart beam system using time and frequency response plots. Symmetric and anti-symmetric ply laminates significantly reduce the amplitude of the vibration over the longitudinal orientation of fibers of PFRC laminate. The analysis reveals that the PFRC laminate can be used effectively for developing very light weight smart structures.
본 연구는 물리·역학적 특성을 고려한 점탄성 감쇠기의 수치모델에 의한 강뼈대구조물의 지진응답개선에 관해서 조사하고자 한다. 온도변화에 의한 감쇠기 이력거동에 미치는 영향을 고려하기 위하여, 점탄성 감쇠기의 모델은 온도-주기 등가원리와 더불어 개선된 분수도함수법에 기초하여 정식화하였다. 본 감쇠기 모델의 알고리즘을 일반화된 강뼈대구조물의 비선형 동적 해석 프로그램에 추가하였다. 강뼈대구조물에 대한 해석 예를 통하여, 제시된 모델에 의한 점탄성 감쇠기의 지진응답개선에 관한 효과를 확인할 수 있었다.
Using a strain-controlled rheometer [Advanced Rheometric Expansion System (ARES)], the steady shear flow properties and the dynamic viscoelastic properties of $Antiphlamine-S^{(R)}$ lotion have been measured at $20^{\circ}C$ (storage temperature) and $37^{\circ}C$ (body temperature). In this article, the temperature dependence of the linear viscoelastic behavior was firstly reported from the experimental data obtained from a temperature-sweep test. The steady shear flow behavior was secondly reported and then the effect of shear rate on this behavior was discussed in detail. In addition, several inelastic-viscoplastic flow models including a yield stress parameter were employed to make a quantitative evaluation of the steady shear flow behavior, and then the applicability of these models was examined by calculating the various material parameters. The angular frequency dependence of the linear viscoelastic behavior was nextly explained and quantitatively predicted using a fractional derivative model. Finally, the strain amplitude dependence of the dynamic viscoelastic behavior was discussed in full to elucidate a nonlinear rheological behavior in large amplitude oscillatory shear flow fields. Main findings obtained from this study can be summarized as follows : (1) The linear viscoelastic behavior is almostly independent of temperature over a temperature range of $15{\sim}40^{circ}C$. (2) The steady shear viscosity is sharply decreased as an increase in shear rate, demonstrating a pronounced Non-Newtonian shear-thinning flow behavior. (3) The shear stress tends to approach a limiting constant value as a decrease in shear rate, exhibiting an existence of a yield stress. (4) The Herschel-Bulkley, Mizrahi-Berk and Heinz-Casson models are all applicable and have an equivalent validity to quantitatively describe the steady shear flow behavior of $Antiphlamine-S^{(R)}$ lotion whereas both the Bingham and Casson models do not give a good applicability. (5) In small amplitude oscillatory shear flow fields, the storage modulus is always greater than the loss modulus over an entire range of angular frequencies tested and both moduli show a slight dependence on angular frequency. This means that the linear viscoelastic behavior of $Antiphlamine-S^{(R)}$ lotion is dominated by an elastic nature rather than a viscous feature and that a gel-like structure is present in this system. (6) In large amplitude oscillatory shear flow fields, the storage modulus shows a nonlinear strain-thinning behavior at strain amplitude range larger than 10 % while the loss modulus exhibits a weak strain-overshoot behavior up to a strain amplitude of 50 % beyond which followed by a decrease in loss modulus with an increase in strain amplitude. (7) At sufficiently large strain amplitude range (${\gamma}_0$>100 %), the loss modulus is found to be greater than the storage modulus, indicating that a viscous property becomes superior to an elastic character in large shear deformations.
The work researched the application of artificial intelligence to the design and analysis of advanced nanoplates, with a particular emphasis on size and surface effects. Employing an integrated theoretical framework, this study developed a more accurate model of complex nanoplate behavior. The following analysis considers nanoplates embedded in a Pasternak viscoelastic fractional foundation and represents the important step in understanding how nanoscale structures may respond under dynamic loads. Surface effects, significant for nanoscale, are included through the Gurtin-Murdoch theory in order to better describe the influence of surface stresses on the overall behavior of nanoplates. In the present analysis, the modified couple stress theory is utilized to capture the size-dependent behavior of nanoplates, while the Kelvin-Voigt model has been incorporated to realistically simulate the structural damping and energy dissipation. This paper will take a holistic approach in using sinusoidal shear deformation theory for the accurate replication of complex interactions within the nano-structure system. Addressing different aspectsof the dynamic behavior by considering the length scale parameter of the material, this work aims at establishing which one of the factors imposes the most influence on the nanostructure response. Besides, the surface stresses that become increasingly critical in nanoscale dimensions are considered in depth. AI algorithms subsequently improve the prediction of the mechanical response by incorporating other phenomena, including surface energy, material inhomogeneity, and size-dependent properties. In these AI- enhanced solutions, the improvement of precision becomes considerable compared to the classical solution methods and hence offers new insights into the mechanical performance of nanoplates when applied in nanotechnology and materials science.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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