Using a strain-controlled rheometer, the dynamic viscoelastic properties of aqueous xanthan gum solutions with different concentrations were measured over a wide range of strain amplitudes and then the linear viscoelastic behavior in small amplitude oscillatory shear flow fields was investigated over a broad range of angular frequencies. In this article, both the strain amplitude and concentration dependencies of dynamic viscoelastic behavior were reported at full length from the experimental data obtained from strain-sweep tests. In addition, the linear viscoelastic behavior was explained in detail and the effects of angular frequency and concentration on this behavior were discussed using the well-known power-law type equations. Finally, a fractional derivative model originally developed by Ma and Barbosa-Canovas (1996) was employed to make a quantitative description of a linear viscoelastic behavior and then the applicability of this model was examined with a brief comment on its limitations. Main findings obtained from this study can be summarized as follows: (1) At strain amplitude range larger than 10%, the storage modulus shows a nonlinear strain-thinning behavior, indicating a decrease in storage modulus as an increase in strain amplitude. (2) At strain amplitude range larger than 80%, the loss modulus exhibits an exceptional nonlinear strain-overshoot behavior, indicating that the loss modulus is first increased up to a certain strain amplitude(${\gamma}_0{\approx}150%$) beyond which followed by a decrease in loss modulus with an increase in strain amplitude. (3) At sufficiently large strain amplitude range (${\gamma}_0>200%$), a viscous behavior becomes superior to an elastic behavior. (4) An ability to flow without fracture at large strain amplitudes is one of the most important differences between typical strong gel systems and concentrated xanthan gum solutions. (5) The linear viscoelastic behavior of concentrated xanthan gum solutions is dominated by an elastic nature rather than a viscous nature and a gel-like structure is present in these systems. (6) As the polymer concentration is increased, xanthan gum solutions become more elastic and can be characterized by a slower relaxation mechanism. (7) Concentrated xanthan gum solutions do not form a chemically cross-linked stable (strong) gel but exhibit a weak gel-like behavior. (8) A fractional derivative model may be an attractive means for predicting a linear viscoelastic behavior of concentrated xanthan gum solutions but classified as a semi-empirical relationship because there exists no real physical meaning for the model parameters.
To improve utilization of boxthorn (Lycii Fructus), the boxthron and mixed boxthron (Lycii Fructus, Schizandrae Fructus, Corni Fructus, Zizyphi Fructus, Zingiberis Rhizoma, Cinnamami Cortex) hot-water extractable concentrates were prepared by vaccum evaporation and its rheological properties were investigated. The rheological properties of concentrates $(20{\sim}50^{\circ}Bx)$ followed power low model and showed a pseudoplastic behavior at the temperature range of $20{\sim}60^{\circ}C$. The apparent viscosity of $20^{\circ}Bx$, $30^{\circ}Bx$, $40^{\circ}Bx$ and $50^{\circ}Bx$ boxthron hot-water extractable concentrate was 0.0074 Pa s, 0.0175 Pa s, 0.0431 Pa s and 0.0988 Pa s, that of mixed boxthorn hot-water extractable concentrate was 0.0099 Pa s, 0.0328 Pa s, 0.0720 Pa s and 0.1940 Pa s at $20^{\circ}C$ and 1500 l/s, respectively. The yield stress of boxthron and mixed boxthron hot-water extractable concentrates ranged from 0.045 to 6.253 Pa and from 0.022 to 8.891 Pa, respectively. The activation energy for the flow of boxthron and mixed boxthorn hot-water extractable concentrates increased from 1.6182 to $2.0543{\times}10^7\;J/kg{\cdot}mol$ and from 1.7057 to $2.1462{\times}10^7\;J/kg{\cdot}mol$ with the concentrations of concentrates, respectively.
High capacitance X5R MLCCs based on $BaTiO_3$ ceramic dielectric layers exhibit a single broad, asymmetric arc shape impedance and modulus response over the wide frequency range between 1 MHz to 0.01 Hz. Analysis according to the conventional brick-layer model for polycrystalline conductors employing a series connection of multiple RC parallel circuits leads to parameters associated with large errors and of little physical significance. A new parametric impedance model is shown to satisfactorily describe the experimental spectra, which is a parallel network of one resistor R representing the DC conductivity thermally activated by 1.32 eV, one ideal capacitor C exactly representing bulk capacitance, and a constant phase element (CPE) Q with complex capacitance $A(i{\omega})^{{\alpha}-1}$ with ${\alpha}$ close to 2/3 and A thermally activated by 0.45 eV or ca. 1/3 of activation energy of DC conductivity. The feature strongly indicate the CK1 model by J. R. Macdonald, where the CPE with 2/3 power-law exponent represents the polarization effects originating from mobile charge carriers. The CPE term is suggested to be directly related to the trapping of the electronic charge carriers and indirectly related to the ionic defects responsible for the insulation resistance degradation.
In this study, as a preliminary study for developing a full 3D photon dose calculation algorithm, We developed 2.5D photon dose calculation algorithm by extending 2D calculation algorithm to allow non-coplanar configurations of photon beams. For this purpose, we defined the 3d patient coordinate system and the 3d beam coordinate system, which are appropriate to 3d treatment planning and dose calculation. and then, calculate a transformation matrix between them. For dose calculation, we extended 2d "Clarkson-Cunningham" model to 3d one, which can calculate wedge fields as well as regular and irregular fields on arbitrary plane. The simple Batho's power-law method was implemented as an inhomogeneity correction. We evaluated the accuracy of our dose model following procedures of AAPM TG#23; radiation treatment planning dosimetry verifications for 4MV of Varian Clinac-4. As results, PDDs (percent depth dose) of cubic fields, the accuracy of calculation are within 1% except buildup region, and $\pm$3% for irregular fields and wedge fields. And for 45$^{\circ}$ oblique incident beam, the deviations between measurements and calculations are within $\pm$4%. In the case of inhomogeneity correction, the calculation underestimate 7% at the lung/water boundary and overestimate 3% at the bone/water boundary. At the conclusions, we found out our model can predict dose with 5% accuracy at the general condition. we expect our model can be used as a tool for educational and research purpose.. purpose..
Poisson's ratio due to multiaxial creep of concrete reported by existing experimental works was controversial. Poisson's ratio calculated from measured strain is very sensitive to small experimental error. This sensitivity make it difficult to find out whether the Poisson's ratio varies with time or remain constant, and whether the Poisson's ratio has different value with stress states or not. A new approach method is needed to resolve the discrepancy and obtain reliable results. This paper presents analytical study on multiaxial creep test results. Microplane model as a new approach method is applied to optimally fitting the test data extracted from experimental studies on multiaxial creep of concrete. Double-power law is used as a model to present volumetric and deviatoric creep evolutions on a microplane. Six parameters representing the volumetric and deviatoric compliance functions are determined from regression analysis and the optimum fits accurately describe the test data. Poisson's ratio is calculated from the optimum fits and its value varies with time. Regression analysis is also performed assuming that Poisson's ratio remains constant with time. Four parameters are determined for this condition, and the error between the optimum fits and the test data is slightly larger than that for six parameter regression results. The constant Poisson's ratio with time is obtained from four parameter analysis results and the constant value can be used in practice without serious error.
Trinh, Thanh-Huong;Nguyen, Dinh-Kien;Gan, Buntara S.;Alexandrov, S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.58
no.3
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pp.515-532
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2016
The elastoplastic response of functionally graded material (FGM) beams resting on a nonlinear elastic foundation to an eccentric axial load is investigated by using the finite element method. The FGM is assumed to be formed from ceramic and metal phases with their volume fraction vary in the thickness direction by a power-law function. A bilinear elastoplastic behavior is assumed for the metallic phase, and the effective elastoplastic properties of the FGM are evaluated by Tamura-Tomota-Ozawa (TTO) model. Based on the classical beam theory, a nonlinear finite beam element taking the shift in the neutral axis position into account is formulated and employed in the investigation. An incremental-iterative procedure in combination with the arc-length control method is employed in computing the equilibrium paths of the beams. The validation of the formulated element is confirmed by comparing the equilibrium paths obtained by using the present element and the one available in the literature. The numerical results show that the elastoplastic post-buckling of the FGM beams is unstable, and the post-buckling strength is higher for the beams associated with a higher ceramic content. Different from homogeneous beams, yielding in the FGM beam occurs in the layer near the ceramic layer before in the layer near metal surface. A parametric study is carried out to highlight the effect of the material distribution, foundation support and eccentric ratio on the elastoplastic response of the beams.
In this paper, various four variable refined plate theories are presented to analyze vibration of temperature-dependent functionally graded (FG) plates. By dividing the transverse displacement into bending and shear parts, the number of unknowns and governing equations for the present model is reduced, significantly facilitating engineering analysis. These theories account for parabolic, sinusoidal, hyperbolic, and exponential distributions of the transverse shear strains and satisfy the zero traction boundary conditions on the surfaces of the plate without using shear correction factors. Power law material properties and linear steady-state thermal loads are assumed to be graded along the thickness. Uniform, linear, nonlinear and sinusoidal thermal conditions are imposed at the upper and lower surface for simply supported FG plates. Equations of motion are derived from Hamilton's principle. Analytical solutions for the free vibration analysis are obtained based on Fourier series that satisfy the boundary conditions (Navier's method). Non-dimensional results are compared for temperature-dependent and temperature-independent FG plates and validated with known results in the literature. Numerical investigation is conducted to show the effect of material composition, plate geometry, and temperature fields on the vibration characteristics. It can be concluded that the present theories are not only accurate but also simple in predicting the free vibration responses of temperature-dependent FG plates.
Karami, Behrouz;Shahsavari, Davood;Janghorban, Maziar;Li, Li
Structural Engineering and Mechanics
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v.73
no.2
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pp.191-207
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2020
This study aims at investigating the size-dependent free vibration of porous nanoplates when exposed to hygrothermal environment and rested on Kerr foundation. Based on the modified power-law model, material properties of porous functionally graded (FG) nanoplates are supposed to change continuously along the thickness direction. The generalized nonlocal strain gradient elasticity theory incorporating three scale factors (i.e. lower- and higher-order nonlocal parameters, strain gradient length scale parameter), is employed to expand the assumption of second shear deformation theory (SSDT) for considering the small size effect on plates. The governing equations are obtained based on Hamilton's principle and then the equations are solved using an analytical method. The elastic Kerr foundation, as a highly effected foundation type, is adopted to capture the foundation effects. Three different patterns of porosity (namely, even, uneven and logarithmic-uneven porosities) are also considered to fill some gaps of porosity impact. A comparative study is given by using various structural models to show the effect of material composition, porosity distribution, temperature and moisture differences, size dependency and elastic Kerr foundation on the size-dependent free vibration of porous nanoplates. Results show a significant change in higher-order frequencies due to small scale parameters, which could be due to the size effect mechanisms. Furthermore, Porosities inside of the material properties often present a stiffness softening effect on the vibration frequency of FG nanoplates.
In this work, two dimensional (2D) and quasi three-dimensional (quasi-3D) HSDTs are proposed for bending and free vibration investigation of functionally graded (FG) plates using hyperbolic shape function. Unlike the existing HSDT, the proposed theories have a novel displacement field which include undetermined integral terms and contains fewer unknowns. The material properties of the plate is inhomogeneous and are considered to vary continuously in the thickness direction by three different distributions; power-law, exponential and Mori-Tanaka model, in terms of the volume fractions of the constituents. The governing equations which consider the effects of both transverse shear and thickness stretching are determined through the Hamilton's principle. The closed form solutions are deduced by employing Navier method and then fundamental frequencies are obtained by solving the results of eigenvalue problems. In-plane stress components have been determined by the constitutive equations of composite plates. The transverse stress components have been determined by integrating the 3D stress equilibrium equations in the thickness direction of the FG plate. The accuracy of the present formulation is demonstrated by comparisons with the different 2D, 3D and quasi-3D solutions available in the literature.
To examine the wind energy potential of North Korea, climatological wind map was constructed using the 30-year hourly observations of wind speed and direction at 27 meteorological stations. This examination was based on the Weibull model, which represents the probability density distribution of wind speed. It was found that overall, high terrain(Geama Gowon) in the central-northern part and south-west coast (Hwanghae-do) of North Korea have the annual average wind speed which exceeds 4 m/s at 50 m altitude above ground. The wind speed >5 m/s is more persistent in spring, but less in summer. Amongst the meteorological stations, Changjin and Yangdok show the most persistent wind speed in time and strength.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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