This paper investigates the free vibrations of cylindrical shells made of time-dependent materials for different viscoelastic models under various boundary conditions. During the extraction of equations, the displacement field is estimated through the first-order shear deformation theory taking into account the transverse normal strain effect. The constitutive equations follow Hooke's Law, and the kinematic relations are linear. The assumption of axisymmetric is included in the problem. The governing equations of thick viscoelastic cylindrical shell are determined for Maxwell, Kelvin-Voigt and the first and second types of Zener's models based on Hamilton's principle. The motion equations involve four coupled partial differential equations and an analytical method based on the elementary theory of differential equations is used for its solution. Relying on the results, the natural frequencies and mode shapes of viscoelastic shells are identified. Conducting a parametric study, we examine the effects of geometric and mechanical properties and boundary conditions, as well as the effect of transverse normal strain on natural frequencies. The results in this paper are compared against the results obtained from the finite elements analysis. The results suggest that solutions achieved from the two methods are ideally consistent in a special range.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.3
s.73
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pp.259-269
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2006
In this paper, the stress intensity factor, energy release rate and crack opening displacement are computed using the finite element method for axisymmetric viscoelastic cylinders with the penny-shaped and circumferential cracks. The triangular elements with quarter point nodes are used to describe the stress singularity around the crack edge. The analytical solutions are also derived by using the elastic-viscoelastic correspondence principle and compared with the numerical results to show the validity and accuracy of the presented method. Viscoelastic materials are assumed to behave elastically in dilatation and like a three-parameter standard linear solid.
A hierarchical multi-scale modeling strategy devoted to the study of a Bitumen-Bound Gravel (BBG) is presented in this paper. More precisely, the paper investigates the temperature-dependent linear viscoelastic of the material when submitted to low deformations levels and moderate number of cycles. In such a hierarchical approach, 3D digital Representative Elementary Volumes are built and the outcomes at a scale (here, the sub-mesoscale) are used as input data at the next higher scale (here, the mesoscale). The viscoelastic behavior of the bituminous phases at each scale is taken into account by means of a generalized Maxwell model: the bulk part of the behavior is separated from the deviatoric one and bulk and shear moduli are expanded into Prony series. Furthermore, the viscoelastic phases are considered to be thermorheologically simple: time and temperature are not independent. This behavior is reproduced by the Williams-Landel-Ferry law. By means of the FE simulations of stress relaxation tests, the parameters of the various features of this temperature-dependent viscoelastic behavior are identified.
In this paper, an analytical procedure based on the perturbation technique is presented to study the free vibrations of annular viscoelastic plates by considering the first order shear deformation theory as the displacement field. The viscoelastic properties obey the standard linear solid model. The equations of motion are extracted for small deflection assumption using the Hamilton's principle. These equations which are a system of partial differential equations with variable coefficients are solved analytically with the perturbation technique. By using a new variable change, the governing equations are converted to equations with constant coefficients which have the analytical solution and they are appropriate especially to study the sensitivity analysis. Also the natural frequencies are calculated using the classical plate theory and finite elements method. A parametric study is performed and the effects of geometry, material and boundary conditions are investigated on the vibrational behavior of the plate. The results show that the first order shear deformation theory results is more closer than to the finite elements with respect to the classical plate theory for viscoelastic plate. The more results are summarized in conclusion section.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.20
no.5
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pp.402-411
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2000
This study investigates the method to measure the viscoelastic properties of asphalt cement, one of the viscoelastic materials, using the ultrasound. The wave speed and attenuation were measured from $-20^{\circ}C$ to $60^{\circ}C$ at the frequency of 2.25MHz. Then, the storage and loss longitudinal moduli, loss tangent storage and loss longitudinal compliances were found depending on the temperatures based on the linear viscoelastic theory. Stress relaxation, creep, and viscosity were predicted using Maxwell and Voigt-Kelvin viscoelastic models. The validity of superposition principle and shift factor were verified by comparing the present results to the data reported in the literatures.
This article addresses the quasi-static analysis of time-dependent honeycomb sandwich plates with various geometrical properties based on the bending analysis of elastic honeycomb sandwich plates employing a time function with three unknown coefficients. The novel point of the developed method is that the responses of viscoelastic honeycomb sandwich plates under static transversal loads are clearly formulated in the space and time domains with very low computational costs. The mechanical properties of the sandwich plates are supposed to be elastic for the faces and viscoelastic honeycomb cells for the core. The Boltzmann superposition integral with the constant bulk modulus is used for modeling the viscoelastic material. The shear effect is expressed using the first-order shear deformation theory. The displacement field is predicted by the product of a determinate geometrical function and an indeterminate time function. The simple HP cloud mesh-free method is utilized for discretizing the equations in the space domain. Two coefficients of the time function are extracted by answering the equilibrium equation at two asymptotic times. And the last coefficient is easily determined by solving the first-order linear equation. Numerical results are presented to consider the effects of geometrical properties on the displacement history of viscoelastic honeycomb sandwich plates.
A highly dispersed W/O emulsion of silicone oil (cyclomethicone)/water system was prepared with a nonionic surfactant. The surface and interfacial tension between the oil and water were characterized in terms of the droplet size distribution and viscosity change of the emulsion. When the dispersed phase concentration was relatively high, the viscosity of the emulsion was rapidly increased and the droplet size of the emulsion was decreased. The rheological behavior of the emulsion system showed non-Newtonian and shear thinning phenomena depending upon the content of the dispersed phase. The droplet size of the emulsion was decreased with increasing surfactant content and water concentration. The relative viscosity of the emulsion was better predicted with the Choi-Schowalter model than with the Taylor model. The value of the complex modulus increased with increasing surfactant concentration. The linear viscoelastic region was expanded with a dispersed phase concentration. According to the change in the viscosity, the behavior was classified into three distinct regions: [I] linear viscoelastic, [II] partially viscoelastic, and [III] viscous. The creep/recovery behaviors in each region were characterized.
This paper deals with a time-domain boundary element technique suitable for the analysis of linear viscoelastic materials in the presence of transient temperature field. Thermorheologically simple behavior has been assumed. Following an exposition of the boundary element formulation, the numerical results of example problem have been presented.
Stress relaxation experiments were performed to obtain the material properties to be used in the linear viscoelastic study. Master curve of the modulus of polystyrene were obtained by using the time-temperature superposition principle. Because Shyu and Tobolsky's tensile relaxation modulus master curve or Polystyrene material showed very large difference, in-house data were required to calculate the residual stresses in injection-molded products more accurately. Our own experimental data showed that the master curve Shyu's data should be shifted about two orders in material time coordinate.
Kim, J. H.;Hong, J. S.;Choi, S. H.;Kim, H. J.;Lyu, M. Y.
Elastomers and Composites
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v.46
no.1
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pp.54-59
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2011
One of the viscoelastic flow behaviors during profile extrusion is the swelling of extrudate. In this study, die swell of rubber compound in the capillary die have been investigated through experiment and computer simulation. Simplified viscoelastic model and non-linear differential viscoelastic model such as PTT model have been used in the computer simulation. The simulation results have been compared with experimental data. Experiment and simulation have been performed using fluidity tester and commercial CFD code, Polyflow respectively. Die swells predicted by two models showed good agreement with experimental results. Pressure and velocity distribution, and circulation flow at the corner of reservoir have been well predicted by PTT model. Simplified viscoelastic model can not predict circulation flow at the corner of reservoir. However this model has an advantage in computation time compare with full viscoelastic model, PTT model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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