This paper deals with delamination analysis of non-linear viscoelastic multilayered beam subjected to bending in the plane of the layers. For this purpose, first, a non-linear viscoelastic model is presented. In order to take into account the non-linear viscoelastic behaviour, a non-linear spring and a non-linear dashpot are assembled in series with a linear spring connected in parallel to a linear dashpot. The behaviours of the non-linear spring and dashpot are described by applying non-linear stress-strain and stress-rate of strain relationships, respectively. The constitutive law of the model is derived. Due to the non-linear spring and dashpot, the constitutive law is non-linear. This law is used for describing the time-dependent mechanical behaviour of the beam under consideration. The material properties involved in the constitutive law vary along the beam length due to the continuous material inhomogeneity of the layers. Solution of the strain energy release rate for the delamination is obtained by analyzing the balance of the energy with considering of the non-linear viscoelastic behaviour. The strain energy release rate is found also by using the complementary strain energy for verification. A parametric study is carried-out by using the solution obtained. The solutions derived and the results obtained help to understand the time-dependent delamination of non-linear viscoelastic beams under loading in the plane of layers.
The objective of the present study is to systematically characterize a linear viscoelastic behavior of petroleum jelly in small amplitude oscillatory shear flow fields correspondent to the rheological ground state. With this aim, using a strain-controlled rheometer, the dynamic viscoelastic properties of commercially available petroleum jelly have been measured at $37^{\circ}C$ (body temperature) over a wide range of angular frequencies at an extremely small strain amplitude of 0.1 %. In this article, the linear viscoelastic behavior was reported in detail and then explained from a structural view-point of petroleum jelly and discussed in depth with respect to the consumer's requirements. Main findings obtained from this study can be summarized as follows : (1) The storage modulus is always greater than the loss modulus over an entire range of angular frequencies studied, meaning that the linear viscoelastic behavior of petroleum jelly is dominated by an elastic nature rather than a viscous nature. (2) Petroleum jelly shows a desirable linear viscoelastic behavior with respect to the consumer's requirements because it is undesirable for the product to flow down from the skin at an initial stage upon contact with the human skin. (3) A fractional derivative model shows an excellent applicability to describe a linear viscoelastic behavior of petroleum jelly. However, this model should be used with a special caution because there exists no physical meaning for the model parameters. (4) A modified form of the Cox-Merz rule gives a good ability to predict the relationship between steady shear flow properties (nonlinear behavior) and dynamic viscoelastic properties (linear behavior) for petroleum jelly.
The two-dimensional incompressible flow of a linear viscoelastic fluid we considered in this research has rapidly oscillating initial conditions which contain both the large scale and small scale information. In order to grasp this double-scale phenomenon of the complex flow, a multiscale analysis method is developed based on the mathematical homogenization theory. For the incompressible flow of a linear viscoelastic Maxwell fluid, a well-posed multiscale system, including averaged equations and cell problems, is derived by employing the appropriate multiple scale asymptotic expansions to approximate the velocity, pressure and stress fields. And then, this multiscale system is solved numerically using the pseudospectral algorithm based on a time-splitting semi-implicit influence matrix method. The comparisons between the multiscale solutions and the direct numerical simulations demonstrate that the multiscale model not only captures large scale features accurately, but also reflects kinetic interactions between the large and small scale of the incompressible flow of a linear viscoelastic fluid.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.1
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pp.171-177
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2002
The viscoelastic dampers are considered to be one of the most efficient means of upgrading existing structures against seismic loads. Generally in the dynamic analysis of a structure with added viscoelastic dampers the internal forces of the dampers are represented by constants that are linearly proportional to displacement and velocity. The purpose of this study is to verify the validity of the linear Kelvin model by comparing the results from the linear analysis with those obtained from the more rigorous nonlinear model such as fractional derivative model. According to the results the structural responses of 1-DOF structure obtained using the linear model are very close to those obtained from nonlinear model. However for multi-D0F structure the difference between the results from both models is enlarged as a results of the assumptions associated with the linear modeling of the viscoelastic dampers.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2007.05a
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pp.209-212
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2007
Rubber compounds have high viscoelastic property. One of the viscoelastic behaviors during profile extrusion is the swelling of extrudate. In this study, die swell of rubber compounds at the capillary die have been investigated through an experiment and computer simulation. They have been performed using fluidity tester in experiment and commercial CFD code, Polyflow in computer simulation. Die swell of rubber compounds for relaxation time at several modes under same conditions with the experiment were predicted using non-linear differential viscoelastic model, Phan-Thien-Tanner (PTT) model. The simulation was analyzed compared with the experiment. Viscoelastic behaviors for pressure, velocity and shear rate distribution were analyzed at the capillary die. It is concluded that the PTT model successfully represented the amount of the optimal die swell of rubber compounds for relaxation time at different modes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.12
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pp.2072-2078
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2003
In this paper, the boundary element analysis of viscoelastic strain energy release rate G(t) for the cracked linear viscoelastic solids has been attempted. This study proposes the G(t) equation and the calculating method of G(t) by time-domain boundary element analysis for the viscoelastic solids. The G(t) is defined as the derivative of the viscoelastic potential energy II(t) with respect to crack length a. Two example problems are presented to show the applicability of the proposed method to the analysis of the cracked linear viscoelastic solids. Numerical results of example problems show the accuracy and effectiveness of the proposed method.
The linear viscoelastic behavior of acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) polymers with different rubber content has been investigated in the frame of a linear viscoelastic model, which takes into account the inter-connectivity of the dispersed rubber particles. The model developed in our previous work has been shown to properly predict the low frequency plateau for the storage modulus, which is generally observed in polymer blends containing core-shell-type impact modifiers. In the present study, further experiments have been carried out on ABS polymers with different rubber content to verify the validity of our linear viscoelastic model. It has been found that our model describes quite properly the rheological behavior of ABS polymers with different rubber content, especially at low frequencies. The experimental data confirm that our model describes the rheological properties of rubber-modified thermoplastic polymers with strong adhesion at the particle/matrix interface more accurately than the Palierne model.
In this study, the vibration of an electrostatically actuated micro cantilever beam is analyzed in which a viscoelastic layer covers a portion of the micro beam length. This proposed model is considered as the main element of mass and pollutant micro sensors. The nonlinear motion equation is extracted by means of Hamilton principle, considering nonlinear shortening effect for Euler-Bernoulli beam. The non-linear effects of electrostatic excitation, geometry and inertia have been taken into account. The viscoelastic model is assumed as Kelvin-Voigt model. The motion equation is discretized by Galerkin approach. The linear free vibration mode shapes of non-uniform micro beam i.e. the linear mode shape of the system by considering the geometric and inertia effects of viscoelastic layer, have been employed as comparison function in the process of the motion equation discretization. The discretized equation of motion is solved by the use of multiple scale method of perturbation theory and the results are compared with the results of numerical Runge-Kutta approach. The frequency response variations for different lengths and thicknesses of the viscoelastic layer have been founded. The results indicate that if a constant volume of viscoelastic layer is to be deposited on the micro beam for mass or gas sensor applications, then a modified configuration may be found by using the analysis of this paper.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.13
no.4
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pp.458-467
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2012
In this study, the linear viscoelastic response of a rectangular laminated plate is investigated. The viscoelastic properties, expressed by two basic spring-dashpot models, that is Kelvin and Maxwell models, is assumed in the range to investigate the influence of viscoelastic coefficients to mechanical behavior. In the present study, viscoelastic responses are performed for two popular equivalent single-layered theories, such as the first-order shear deformation theory (FSDT) and third-order shear deformation theory (TSDT). Compliance and relaxation modulus of time-dependent viscoelastic behavior are approximately determined by Prony series. The constitutive equation for linear viscoelastic material as the Boltzmann superposition integral equation is simplified by the convolution theorem of Laplace transformation to avoid direct time integration as well as to improve both accuracy and computational efficiency. The viscoelastic responses of composite laminates in the real time domain are obtained by applying the inverse Laplace transformation. The numerical results of viscoelastic phenomena such as creep, cyclic creep and recovery creep are presented.
A viscoelastic finite element analysis is presented to investigate residual stresses occurred in a laminated cylindrical shell during cure. An incremental viscoelastic constitutive equation that can describe stress relaxation during the cure is derived as a recursive formula which can be used conveniently for a numerical analysis. The finite element analysis program is developed on the basis of a 3-D degenerated shell element and the first order shear deformation theory, and is verified by comparing with an one dimensional exact solution. Viscoelastic effect on the residual stresses in the laminated shell during the cure is investigated by performing both the viscoelastic and linear elastic analyses considering thermal deformation and chemical shrinkage simultaneously. The results show that there is big difference between viscoelastic stresses and linear elastic stresses. The effect of cooling rates and cooling paths on the residual stresses is also examined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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