Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.9
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pp.1579-1588
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2003
In this paper, the finite element equations for the transient linear viscoelastic stress analysis are presented in time domain, whose variational formulation is derived by using the Galerkin's method based on the equations of motion in time integral. Since the inertia terms are not included in the variational formulation, the time integration schemes such as the Newmark's method widely used in the classical dynamic analysis based on the equations of motion in time differential are not required in the development of that formulation, resulting in a computationally simple and stable numerical algorithm. The viscoelastic material is assumed to behave as a standard linear solid in shear and an elastic solid in dilatation. To show the validity of the presented method, two numerical examples are solved nuder plane strain and plane stress conditions and good results are obtained.
A five parameter viscoelastic model is developed to study harmonic waves propagating in the non-homogeneous viscoelastic filaments of varying density. The constitutive relation for five parameter model is first developed and then it is applied for harmonic waves in the specimen. In this study, it is assumed that density, rigidity and viscosity of the specimen i.e., rod are space dependent. The specimen is non-homogeneous, initially unstressed and at rest. The method of non-linear partial differential equation has been used for finding the dispersion equation of harmonic waves in the rods. A simple method is presented for reflections at the free end of the finite non-homogeneous viscoelastic rods. The harmonic wave propagation in viscoelastic rod is also presented numerically with MATLAB.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.8
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pp.1429-1437
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1992
A new finite element formulation based on the relaxation type hereditary integral is presented for a time-domain analysis of isotropic, linear viscoelastic problems. The semi-discrete variational approximation and elastic-viscoelastic correspondence principle are used in the theoretical development of the proposed method. In a time-stepping procedure of final, linear algebraic system equations, only a small additional computation for past history is required since the equivalent stiffness matrix is constant. The viscoelasticity matrices are derived and the stress computation algorithm is given in matrix form. The effect of time increment and Gauss point numbers on the numerical accuracy is examined. Two dimensional numerical examples of plane strain and plane stress are solved and compared with the analytical solutions to demonstrate the versatility and accuracy of the present method.
Synergistic interactions between xanthan (X) and carob (C) were investigated by studying the linear viscoelastic behavior of X, C, and X/C mixtures at sol and gel states. At the solution state, storage modulus (G') dominates the linear viscoelastic properties of X/C mixtures. The gelation temperature (52 to $57^{\circ}C$) was weakly dependent on the xanthan fraction (${\phi}x$) in the mixture. The ${\phi}x$ also had a strong effect on G' until ${\phi}x=0.5$. The elastic active network concentration (EANC) of X/C gels was estimated from the pseudo-equilibrium modulus. The EANC for systems with ${\phi}x=0.25$, 0.5, 0.75, and 1 at 1% total concentration was 2.3, 4.4, 4.1, and 0.32 (${\times}10^{-3}\;mol/m^3$), respectively. The maximum synergistic effect was observed at about ${\phi}x=0.5$. The G' at the transition state of X/C mixed gel was proportional to ${\omega}^{3/2}$ at ${\omega}$>${\omega}_{tr}$ (the onset transition frequency) compared to the theoretical limit of ${\omega}^{1/2}$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.4
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pp.353-362
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2016
An accurate hysteresis model of an elastomer is important for quantifying viscoelastic energy loss. We suggest a highly nonlinear hyper-viscoelastic constitutive model of elastomers. The model captures a nonlinear viscoelastic characteristic by combining Yeoh's hyperelastic model and Hoofatt's hysteresis model used Neo-Hookean hyperelastic model. Analytical and numerical models were generated from uniaxial cyclic tests of an elastomer under a sinusoidal load with a mean strain of 150%, amplitudes of 20~80%, and frequencies of 0.02~0.2Hz. The viscoelastic model can highly capture the viscoelastic energy loss up to a strain of 230%.
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.
Ismail M. Mudhaffar;Abdelbaki Chikh;Abdelouahed Tounsi;Mohammed A. Al-Osta;Mesfer M. Al-Zahrani;Salah U. Al-Dulaijan
Structural Engineering and Mechanics
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v.86
no.2
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pp.167-180
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2023
This work applies a four-known quasi-3D shear deformation theory to investigate the bending behavior of a functionally graded plate resting on a viscoelastic foundation and subjected to hygro-thermo-mechanical loading. The theory utilizes a hyperbolic shape function to predict the transverse shear stress, and the transverse stretching effect of the plate is considered. The principle of virtual displacement is applied to obtain the governing differential equations, and the Navier method, which comprises an exponential term, is used to obtain the solution. Novel to the current study, the impact of the viscoelastic foundation model, which includes a time-dependent viscosity parameter in addition to Winkler's and Pasternak parameters, is carefully investigated. Numerical examples are presented to validate the theory. A parametric study is conducted to study the effect of the damping coefficient, the linear and nonlinear loadings, the power-law index, and the plate width-tothickness ratio on the plate bending response. The results show that the presence of the viscoelastic foundation causes an 18% decrease in the plate deflection and about a 10% increase in transverse shear stresses under both linear and nonlinear loading conditions. Additionally, nonlinear loading causes a one-and-a-half times increase in horizontal stresses and a nearly two-times increase in normal transverse stresses compared to linear loading. Based on the article's findings, it can be concluded that the viscosity effect plays a significant role in the bending response of plates in hygrothermal environments. Hence it shall be considered in the design.
In this paper, we consider the stabilization of the viscoelastic wave equation with variable coefficients in a bounded domain with smooth boundary, subject to linear dissipative internal feedback with a delay. Our stabilization result is mainly based on the use of the Riemannian geometry methods and Lyapunov functional techniques.
The quasi-static and dynamic responses of a linear viscoelastic circular beam on Winkler foundation are studied numerically by using the mixed finite element method in transformed Laplace-Carson space. This element VCR12 has 12 independent variables. The solution is obtained in transformed space and Schapery, Dubner, Durbin and Maximum Degree of Precision (MDOP) transform techniques are employed for numerical inversion. The performance of the method is presented by several quasi-static and dynamic example problems.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.10a
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pp.146-152
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2002
In this study, the singular thermal stresses induced during cooling down from high temperature to room temperature have been analyzed for the viscoelastic thin layer. The time domain boundary element method has been employed to investigate the behavor of stresses for the whole interface. Within the context of a linear viscoelastic theory, a stress singularity exists at the point where the interface between the elastic substrate and the viscoelastic thin layer intersects the free surface.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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