Forced vibration analysis of a simple supported viscoelastic nanobeam is studied based on modified couple stress theory (MCST). The nanobeam is excited by a transverse triangular force impulse modulated by a harmonic motion. The elastic medium is considered as Winkler-Pasternak elastic foundation.The damping effect is considered by using the Kelvin-Voigt viscoelastic model. The inclusion of an additional material parameter enables the new beam model to capture the size effect. The new non-classical beam model reduces to the classical beam model when the length scale parameter is set to zero. The considered problem is investigated within the Timoshenko beam theory by using finite element method. The effects of the transverse shear deformation and rotary inertia are included according to the Timoshenko beam theory. The obtained system of differential equations is reduced to a linear algebraic equation system and solved in the time domain by using Newmark average acceleration method. Numerical results are presented to investigate the influences the material length scale parameter, the parameter of the elastic medium and aspect ratio on the dynamic response of the nanobeam. Also, the difference between the classical beam theory (CBT) and modified couple stress theory is investigated for forced vibration responses of nanobeams.
Two active/passive vibration dampers were designed to control a cantilever beam first mode of vibration. The active element was a piezoelectric polymer, polyvinlidene fluoride (PVDF). The passive damping was provided by the application of a viscoelastic layer on the surface of the steel beam. Two substantially different damper configurations were designed and tested. One damper consisted of a piezoelectric actuator bonded to one face of the beam, with a viscoelastic layer applied to the other surface of the beam. The second one was composed of a layer viscoeastic layer with one surface bonded to the beam, and with other being constrained by nine piezoelectric actuators connected in parallel. A control law based on the sign of the angular velocity of the cantilever beam was implemented to control the beam first mode of vibration. The piezoelectric sensor output was digitally differentiated to obtain the transverse linear velocity, and its sign was used in the control algorith. Two dampers provided the system a damping increase of a factor of four for the first damper and three for the second damper. Both dampers were found to work well at low levels of vibration, suggesting that they can be used effectively to prevent resonant vibrations in flexible structure from initiating and building up.
Polymer matrix composites are widely used in many engineering applications as they can be customized to meet a desired performance while not only maintaining low cost but also reducing weight. Polymers can experience viscoelastic-viscoplastic response when subjected to external loadings. Various reinforcements and fillers are added to polymers which bring out more complexity in analyzing the timedependent response. This study formulates an integrated micromechanical model and finite element (FE) analysis for predicting effective viscoelastic-viscoplastic response of polymer based hybrid composites. The studied hybrid system consists of unidirectional short-fiber reinforcements and a matrix system which is composed of solid spherical particle fillers dispersed in a homogeneous polymer constituent. The goal is to predict effective performance of hybrid systems having different compositions and properties of the fiber, particle, and matrix constituents. A combined Schapery's viscoelastic integral model and Valanis's endochronic viscoplastic model is used for the polymer constituent. The particle and fiber constituents are assumed linear elastic. A previously developed micromechanical model of particle reinforced composite is first used to obtain effective mechanical properties of the matrix systems. The effective properties of the matrix are then integrated to a unit-cell model of short-fiber reinforced composites, which is generated using the FE. The effective properties of the matrix are implemented using a user material subroutine in the FE framework. Limited experimental data and analytical solutions available in the literatures are used for comparisons.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.20
no.2
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pp.33-38
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2013
In this study, both a finite element analysis and an experimental analysis are executed to investigate the mechanical characteristics of dielectric material effects on warpage. Also, viscoelastic material properties are measured by DMA and are considered in warpage simulation. A finite element analysis is done by using both thermal elastic analysis and a thermo-viscoelastic analysis to predict the nonlinear effects. For experimental study, specimens warpage of non-symmetric structure with body size of $22.5{\times}22.5$ mm, $37.5{\times}37.5$ mm and $42.5{\times}42.5$ mm are measured under the reflow temperature condition. From the analysis results, experimental warpage is not similar to FEA results using thermal elastic analysis but similar to FEA results using thermo-viscoelastic analysis. Also, its effect on substrate warpage is increased as core thickness is decreased and body size is getting larger. These FEA and the experimental results show that the nonlinear characteristics of dielectric material play an important role on substrate warpage. Therefore, it is strongly recommended that non-linear behavior characteristics of a dielectric material should be considered to control warpage of FCBGA substrate under conditions of geometry, structure and manufacturing process and so on.
Changes in viscosity and dynamic theological properties of Job's-tears were measured by Bohlin dynamic tester as a function of moisture, and measurement was performed within a linear viscoelastic range. The result of the shear stress vs shear rate of Job's-tears at different moisture contents $(50{\sim}75%)$ was applied to mathematical models and Herschel-Bulkley model showed the highest correlation coefficient. Lower moisture content (55%) produced higher yield stress and consistency index, but lower flow behavior index, whereas higher moisture content showed reverse effects. Job's-tears with $50{\sim}70%$ moisture contents showed a higher storage modulus (G') than loss modulus (G') at all frequencies, showing a higher concentrated polymer characteristics. However, higher moisture content (>75%) showed crossover point between G' and G', and frequency dependency. As the moisture content was increased, the amount of viscoelastic properties such as G', G', complex viscosity decreased during heating, and initial temperature and miximum value of viscoelastic properties shifted to higher temperatures, representing the moisture-dependence of Job's-tears upon theological properties.
Muhammad Taj;Manzoor Ahmad;Mohamed A. Khadimallah;Saima Akram;Muzamal Hussain;Madeeha Tahir;Faisal Mehmood Butt;Abdelouahed Tounsi
Advances in concrete construction
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v.15
no.5
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pp.303-312
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2023
The present study investigates the effects of Cattaneo-Christov thermal effects of stagnation point in Walters-B nanofluid flow through lubrication of power-law fluid by taking the slip at the interfacial condition. For the solution, the governing partial differential equation is transformed into a series of non-linear ordinary differential equations. With the help of hybrid homotopy analysis method; that consists of both the homotopy analysis and shooting method these equations can be solved. The influence of different involved constraints on quantities of interest are sketched and discussed. The viscoelastic parameter, slip parameters on velocity component and temperature are analyzed. The velocity varies by increase in viscoelastic parameter in the presence of slip parameter. The slip on the surface has major effect and mask the effect of stagnation point for whole slip condition and throughout the surface velocity remained same. Matched the present solution with previously published data and observed good agreement. It can be seen that the slip effects dominates the effects of free stream and for the large values of viscoelastic parameter the temperature as well as the concentration profile both decreases.
The effects of particle size distribution on the magnetorheological response of inverse ferrofluids was investigated using controlled mixtures of two monodisperse non-magnetisable powders of sizes $4.6\;{\mu}m\;and\;80{\mu}m$ at constant volume fraction of 30%, subjected to large amplitude oscillatory shear flow. In the linear viscoelastic regime (pre-yield region), it was found that the storage and loss moduli were dependent on the particle size as well as the proportion of small particles, with the highest storage modulus occurring for the monodisperse small particles. In the nonlinear regime (post yield region), Fourier analysis was used to compare the behaviour of the $1^{st}\;and\;3^{rd}$ harmonics ($I_{1}\;and\;I_{3}\;respectively$) as well as the fundamental phase angle as functions of the applied strain amplitude. The ratio of $I_{3}/I_{1}$ was found to become more pronounced with decreasing particle size as well as with increasing proportion of small particles in the bidisperse mixtures. Furthermore, the phase angle was able to clearly show the transition from solid-like to viscous behaviour. The results suggested that the nonlinear response of a bidisperse IFF is dependent on particle size as well as the proportion of small particles in the system.
Altmann, Nara;Halley, Peter J.;Nicholson, Timothy M.
Korea-Australia Rheology Journal
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v.21
no.2
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pp.91-102
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2009
This paper describes an extension of viscoelastic Group Interaction Modelling (GIM) to predict the relaxation response of linear, branched and cross-linked structures. This model is incorporated into a Monte Carlo percolation grid simulation used to generate the topological structure during the isothermal cure of a gel, so enabling the chemorheological response to be predicted at any point during the cure. The model results are compared to experimental data for an epoxy-amine systems and good agreement is observed. The viscoelastic model predicts the same exponent power-law behaviour of the loss and storage moduli as a function of frequency and predicts the cross-over in the loss tangent at the percolation condition for gelation. The model also predicts the peak in the loss tangent which occurs when the glass transition temperature surpasses the isothermal cure temperature and the system vitrifies.
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.
This paper presents an analysis of thermal stress induced along the interface between a polymeric coating layer and a steel substrate as a result of uniform temperature change. The epoxy layer is assumed to be a linear viscoelastic material and to be theromorheologically simple. The viscoelastic boundary element method is employed to investigate the behavior of interface stresses. The numerical results exhibit relaxation of interface stresses and large stress gradients, which are observed in the vicinity of the free surface. Since the exceedingly large stresses cannot be borne by the polymeric coating layer, local cracking or delamination can occur at the interface corner.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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