Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Effect of hydroxypropyl methyl cellulose on rheological properties of cement-limestone paste

Guan Ling, Liu Xiaolin, Liu Xinyuan

Archives of Civil Engineering

|

2023

|

Vol. 69, nr 1

593--612

EN

The effects of hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) on the rheology and viscoelasticity of cement-limestone paste were evaluated, as was the mechanism of HPMC from the viewpoint of zeta potential and adsorption amount. The results revealed that the greater the content of HPMC or the viscosity of its aqueous solution, the lower the fluidity of the composite paste and therefore the higher the rheological parameters. The relation between torque and rotational velocity of cement-limestone paste is linear; nevertheless, the shear thickening degree of paste increased following the addition of HPMC, demonstrating typical viscoelastic properties. The addition of HPMC prolonged the induction duration and delayed the emergence of the exothermic peak of hydration, decreased zeta potential and conductivity, and increased the propensity of suspension particles to agglomerate. The adsorption amount of polycarboxylate superplasticizer (PCE) decreased with increasing aqueous solution viscosity and HPMC concentration due to the winding effect of HPMC’s high molecular chain structure and the competing adsorption of HPMC and PCE.

2

Rheological properties of elastic-visco-plastic liquid

Dadash-Zade Mirza A., Aliyev Inglab N.

Nafta-Gaz

|

2022

|

R. 78, nr 11

801--804

EN

A model for the motion of a compressible elastic-viscous-plastic fluid in a round pipe is proposed. The main indicators of the flow, volume flow and speed are obtained. Numerous hydrodynamic processes are associated with the properties of liquids. It is known that the mechanical and physical properties of liquids can be described by various models. Various models have been proposed that partially describe the processes of hydromechanics. The proposed model makes it possible to qualitatively describe the deformation processes that occur in various systems. To describe a closed theory of motion of a continuous medium and, in particular, between stress and strain, it is necessary to have a mechanical model. From the literature analysis it is known that there are simple models, which include elastic, viscous and plastic. At the same time, it should be noted that the mechanical model partially shows the mechanical state of the elastic body in the form of Hooke's law. Practice shows that there are more complex liquids that do not obey this law. One of these fluids is an elastic-viscousplastic fluid. In this work, a model is proposed that describes the elastic-viscous-plastic properties of liquids, which sequentially connects the elastic and viscous-plastic elements. For such a medium, the total resistance will be the sum of the stress corresponding to the elastic deformation and the stress caused by the viscous-plastic resistance. Based on the proposed model, an equation is obtained taking into account the coefficient of volumetric elastic expansion, and an equation is obtained for determining the velocity distribution over the pipe section and volume flow for a given liquid. Calculations have shown that with an increase in compressibility, the flow rate of the liquid partially increases, which in some practical cases produces a positive effect.

PL

W artykule zaprezentowano model ruchu ściśliwej cieczy sprężysto-lepkoplastycznej w rurze o przekroju okrągłym. Uzyskano główne wskaźniki przepływu, przepływu objętościowego i szybkości. Liczne procesy hydrodynamiczne są związane z właściwościami cieczy. Wiadomo, że właściwości mechaniczne i fizyczne cieczy można opisać za pomocą różnych modeli. Zaproponowano modele, które częściowo opisują procesy mechaniki cieczy. Przedstawiony model umożliwia jakościowy opis procesów odkształcenia zachodzących w różnych systemach. Model mechaniczny jest konieczny do opisania zamkniętej teorii ruchu ośrodka ciągłego, w szczególności pomiędzy naprężeniem i odkształceniem. Z analizy literatury wiadomo, że istnieją proste modele obejmujące ciecze sprężyste, lepkie i plastyczne. Należy jednocześnie zauważyć, że model mechaniczny częściowo przedstawia stan mechaniczny ciała sprężystego, wykorzystując prawo Hooke’a. Praktyka pokazuje, że istnieją ciecze bardziej złożone, niezachowujące się zgodnie z tym prawem. Jednym z takich płynów jest płyn sprężysto-lepkoplastyczny. W niniejszej pracy zaproponowano model opisujący właściwości sprężysto-lepkoplastyczne cieczy, który sekwencyjnie łączy elementy sprężyste i lepkoplastyczne. W przypadku takiego ośrodka opór całkowity jest sumą naprężenia odpowiadającego odkształceniu sprężystemu i naprężenia spowodowanego przez opór lepkoplastyczny. Na podstawie zaproponowanego modelu uzyskano równanie uwzględniające współczynnik objętościowej rozszerzalności sprężystej, a także uzyskano równanie do określenia rozkładu szybkości na przekroju rury oraz przepływu objętościowego dla danej cieczy. Obliczenia pokazały, że ze wzrostem ściśliwości szybkość przepływu cieczy częściowo wzrasta, co w pewnych praktycznych przypadkach daje pozytywny efekt.

3

General decay for a nonlinear pseudo-parabolic equation with viscoelastic term

Vu Ngo Tran, Dung Dao Bao, Dung Huynh Thi Hoang

Demonstratio Mathematica

|

2022

|

Vol. 55, nr 1

737--751

EN

This work is concerned with a multi-dimensional viscoelastic pseudo-parabolic equation with critical Sobolev exponent. First, with some suitable conditions, we prove that the weak solution exists globally. Next, we show that the stability of the system holds for a much larger class of kernels than the ones considered in previous literature. More precisely, we consider the kernel g:[0,∞)⟶(0,∞) satisfying g′(t)⩽−ξ(t)G(g(t)) , where ξ and G are functions satisfying some specific properties.

4

Forced and free vibrational analysis of viscoelastic nanotubes conveying fluid subjected to moving load in hygro-thermo-magnetic environments with surface effects

Sarparast Hoda, Alibeigloo Akbar, Borjalilou Vahid, Koochakianfard Omid

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2022

|

Vol. 22, no. 4

art. no. e172, 2022

EN

Forced and free vibrational analyses of viscoelastic nanotubes containing fluid under a moving load in complex environments incorporating surface effects are conducted based on the nonlocal strain gradient theory and the Rayleigh beam model. To model the internal nanoflow, the slip boundary condition is employed. Adopting the Galerkin discretization approach, the reduced-order dynamic model of the system is acquired. Analytical and numerical methods are exploited to determine the dynamic response of the system. The impacts of geometry, scale parameter ratio, Knudsen number, fluid velocity, rotary inertia parameter, viscoelastic parameter, surface residual stress, surface elastic modulus, and hygro-thermo-magnetic environments on the dynamic magnification factor, critical moving load speed, cancellation, and maximum free vibration of the system are evaluated. The results indicate that the effects of the viscoelastic parameter on the dynamic behavior of the system differ significantly from those of other parameters. It is indicated that the dynamic magnification factor and critical moving load speed are enhanced by increasing the surface residual stress and the surface elastic modulus. The model and results of the current investigation can serve as a comprehensive benchmark for the optimum design of nanoflow sensors and targeted drug delivery systems.

5

Wykorzystanie reologii oscylacyjnej do określenia parametrów mechanicznych hydrożeli krzemianowo-polimerowych

Słupecki Szymon, Mastalska-Popławska Joanna, Izak Piotr

Materiały Ceramiczne

|

2021

|

T. 73, nr 2

92--100

PL

W pracy przedstawiono wyniki pomiarów reologicznych mających na celu określenie właściwości lepkosprężystych hydrożeli krzemianowo-polimerowych na bazie szkła wodnego sodowego i poliakrylanu sodu o stosunku masowym 1:2, 1:1 i 2:1. Do tego celu wykorzystano dwa rodzaje badań reologicznych, tj. pomiary oscylacyjne przy stałej częstotliwości i amplitudzie drgań (1 Hz i 0,3%), a także testy pełzania przy stałym naprężeniu ścinającym wynoszącym 10 Pa. Na podstawie otrzymanych wyników badań stwierdzono, że wszystkie analizowane próbki można zakwalifikować jako ciała lepkosprężyste ze znaczną przewagą właściwości sprężystych, gdyż ich kąt przesunięcia fazowego δ był znacznie mniejszy niż 45°. Właściwości najbardziej zbliżone do idealnie sprężystych wykazywały próbki hydrożeli o stosunku masowym szkła wodnego sodowego do akrylanu sodu 1:2. Uzupełnieniem tych informacji były wyniki testów pełzania. Stwierdzono, że wraz z rosnącym udziałem szkła wodnego sodowego i poliakryloamidu wzrasta stopień odkształcenia próbki w trakcie obciążenia. Czyli rosnący udział wagowy szkła wodnego i akryloamidu zwiększa udział sprężystości opóźnionej (lepkiej), kosztem sprężystości nieopóźnionej.

EN

The paper presents the results of rheological measurements aimed at determining the viscoelastic properties of polymer-silicate hydrogels based on sodium water glass and sodium polyacrylate with a mass ratio of 1:2, 1:1 and 2:1. For this purpose, two types of rheological tests were used, i.e., oscillation measurements at a constant frequency and vibration amplitude (1 Hz and 0.3%), as well as creep tests at a constant shear stress of 10 Pa. Based on the obtained test results, it was found that all analysed samples can be classified as viscoelastic bodies with a significant predominance of elastic properties, as their phase shift angle δ was much lower than 45°. The properties closest to perfectly elastic were demonstrated by hydrogel samples with a weight ratio of sodium water glass to sodium acrylate of 1:2. The results of the creep tests supplemented this information. It was found that with the increasing content of sodium water glass and polyacrylamide, the degree of sample deformation increased during loading. That is, the increasing weight content of water glass and acrylamide increases the proportion of retarded (viscous) elasticity at the expense of undelayed elasticity.

6

Dynamic vibration extinguished on a viscously elastic base

Ishmamatov M., Kulmuratov N., Khalilov S., Akhmedov N.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2021

|

Vol. 26, no. 2

1--10

EN

The aim of the work is to develop algorithms and a set of programs for studying the dynamic characteristics of viscoelastic thin plates on a deformable base on which it is installed with several dynamic dampers. The theory of thin plates is used to obtain the equation of motion for the plate. The relationship between the efforts and the stirred plate obeys in the hereditary Boltzmann Voltaire integral. With this, a system of integro-differential equations is obtained which is solved by the method of complex amplitudes. As a result, a transcendental algebraic equation was obtained to determine the resonance frequencies, which is solved numerically by the Muller method. To determine the displacement of the point of the plate with periodic oscillations of the base of the plate, a linear inhomogeneous algebraic equation was obtained, which is solved by the Gauss method. The amplitude - frequency response of the midpoint of the plate is constructed with and without regard to the viscosity of the deformed element. The dependence of the stiffness of a deformed element on the frequency of external action is obtained to ensure optimal damping of vibrational vibrations of the plate.

7

Analytical study of the damping vibration behavior of the metal foam nanocomposite plates reinforced with graphene oxide powders in thermal environments

Zhang Chunwei, Wang Limin, Eyvazian Arameh, Khan Afrasyab, Sebaey Tamer A., Farouk Naeim

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2021

|

Vol. 21, no. 4

100--122

EN

This article performs an analytical study on the damping vibration behavior of metal foam nanocomposite plate reinforced with graphene oxide powders (GOPs) in thermal environment. The GOPs are dispersed through the thickness of the structure according to three functionally graded (FG) and one uniform distribution patterns. The Halpin–Tsai micromechanical model is chosen for estimating the effective material properties of the structure having GOPs as reinforcement phase. Also, different porosity types are taken into account for the metal foam matrix. The plate is resting on a three-parameter viscoelastic medium containing Winkler and Pasternak layers in combination with viscous dampers which can dissipate the oscillation of the structure in some special cases. The Governing differential equations are derived via Hamilton’s principle on the basis of refined higher order shear deformation theory and then solved with employing Galerkin solution method to obtain the natural frequencies of the proposed structure. Moreover, various boundary conditions (B.Cs) including simply supported, fully clamped and different combinations of these B.Cs are considered in this study. The influences and confrontation of different significant parameters such as GOPs’ weight fraction, foundation parameters, aspect and side-to-thickness ratios, porosity coefficients, thermal environment, and FG patterns are investigated through various graphical and numerical results. Our findings declare that the dynamic behavior of the graphene oxide powder reinforced metal foam (GOPRMF) plate remarkably depends on these parameters.

8

Viscoelasticity expression and extension of seismic dispersion and attenuation in porous media with multiple fracture sets

Zhang Jinwei, Ding Renwei, Zhao Lihong, Wang Deying

Acta Geophysica

|

2020

|

Vol. 68, no. 6

1679--1688

EN

Intensive studies have been conducted on fuid-related seismic dispersion and attenuation in saturated anisotropic media. Most of the studies are concentrated on the transversely isotropy media. However, the fractures distribution in subsurface reservoirs is often complex. When there are multiple fracture sets developing in a porous background, the signatures of seismic dispersion and attenuation remain unclear. In this paper, we propose a method to calculate the frequency-dependent stifness matrix of a porous medium with multiple fractures sets from a perspective of viscoelasticity. Due to the favorable approximation performance of the generalized standard linear solid model and Chapman model, we use a modifed form of generalized standard linear solid model to simulate the frequency-dependent stifness tensor of porous media with multiple fracture sets. The representation of the stifness tensor utilizes the modulus defect to denote the efects the fractures including fracture density and geometry. With the procedure of calculating the stifness tensors at low- and high-frequency limits, we can easily calculate the frequency-dependent stifness tensor for media with multiple fracture sets with arbitrary orientations and directions. We then analyze the efects of the fracture parameters on the viscoelasticity characteristics taking orthotropic medium as an example. The results can help to understand the viscoelasticity and the mesoscopic seismic attenuation associated with fractures and fuids and can provide a practical rock physics model when dealing with reservoirs with complex fracture patterns.

9

Fluid-fluid phononic crystal with elastic coat working in audible frequencies

Klimek Aleksandra

Vibrations in Physical Systems

|

2019

|

Vol. 30, nr 1

art. no. 2019145

EN

Phononic Crystals are receiving rising attention in the field of modern acoustic materials. PCs are artificial structures of periodically arranged scatterers. Such a structure enables creating a band gap in which, due to the Bragg diffraction phenomenon, vibrations are restrained or even forbidden. In this paperwork, the fluid-fluid PC is tested and simulated - the scatterers are constructed of water cylinders with an ethylene propylene diene monomer coat (EPDM - a hyperelastic rubber) and are embedded in air. The band gap is calculated to emerge in the audible range of frequency. Every simulation is performed with the use of the finite element method.

10

Electrohydrodynamic instability of a rotating Walters’ (model B’) fluid in a porous medium: Brinkman model

Rana G. C., Chand R., Sharma Veena

Mechanics and Mechanical Engineering

|

2019

|

Vol. 23, nr 1

138--143

EN

In this study, the instability of Walters’ (model B’) viscoelastic fluid in a Darcy-Brinkman-Boussinesq system heated from below saturating a porous medium in electrohydrodynamics is considered. By applying the linear stability analysis and normal modes, the dispersion relations accounting for the effect of Prandtl number, electric Rayleigh number, Darcy number, Brinkman-Darcy number, Taylor number and kinematic viscoelasticity parameter is derived. The effects of electric Rayleigh number, Darcy number, Brinkman-Darcy number and Taylor number on the onset of stationary convection have been investigated both analytically and graphically.

11

Decay rates for a coupled quasilinear system of nonlinear viscoelastic equations

Mustafa Muhammad I., Kafini Mohammad

Journal of Applied Analysis

|

2019

|

Vol. 25, nr 1

97--110

EN

In this paper, we consider a nonlinear quasilinear system of two coupled viscoelastic equations and investigate the asymptotic behavior of this system. We establish an explicit and general formula for the energy decay rates. Our result allows a wider class of relaxation functions, which improves earlier results existing in the literature.

12

Impact of carrageenan addition on rheological characterisation of some hydrocolloid aqueous solutions during long-lasting agitating with rotational speed changes

Neupauer Krzysztof, Kabziński Maciej

Chemical and Process Engineering

|

2019

|

Vol. 40, nr 4

351–-360

EN

The paper presents the impact of carrageenan addition on rheological characterisation of some hydrocolloid aqueous solutions during stirring with rotational speed changes. Carboxymethyl cellulose, guar gum and xanthan gum were used. Measurements were conducted in a vessel equipped with an anchor stirrer under rotational speed increase and decrease conditions, equivalent to a hysteresis loop rheological test. Rheological parameters were calculated using the power-law equation. It was found that a carrageenan addition generally causes a reduction of liquid apparent viscosity and time-dependent rheological behaviour intensification, with some exceptions.

13

Forced response of plate with viscoelastic auxetic dampers

Stręk T.

Vibrations in Physical Systems

|

2018

|

Vol. 29

art. no. 2018003

EN

The example studies a forced response of plate with viscoelastic auxetic damper located at the free end of the plate. Damping elements consist of the cover layer and layer of viscoelastic material with positive or negative Poisson's ratio. Viscoelastic materials are often used for reduction of vibration (seismic or wind induced vibrations in building structures or other structures). The common feature is that the frequency of the forced vibrations is low. Calculations are made using finite element method with Comsol Multiphysics software.

14

Badania lepiszczy asfaltowych w reometrze dynamicznego ścinania - relacje konstytutywne lepkosprężystości, hipersprężystości i lepkohipersprężystości

Gajewski M.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Budownictwo

|

2018

|

z. 160

3--236

PL

Praca dotyczy modelowania konstytutywnego izotropowych materiałów Iepkosprężystych zarówno w zakresie małych, jak i dużych deformacji. Omówienie zagadnień związanych z modelowaniem konstytutywnym materiałów reologicznych rozpoczyna się od prezentacji wybranych jednowymiarowych modeli ciał stałych i cieczy reologicznych ze zwróceniem szczególnej uwagi na ich cechy charakterystyczne i sposób postępowania przy ich implementacji numerycznej w standardowych algorytmach numerycznych zarówno w sformułowaniu całkowym, jak i w sformułowaniu bezpośrednim. Następnie modele te zostały uogólniane do relacji trójwymiarowych przez wykorzystanie dekompozycji stanu naprężenia i odkształcenia na części kulistą i dewiatorową. Opis modeli lepkosprężystości małych odkształceń uzupełniany jest przez rozważania dotyczące sposobu wyznaczania parametrów materiałowych modeli przy wykorzystaniu metod optymalizacji nieliniowej. Parametry wyznaczane są dla wybranych lepiszczy asfaltowych, ale przedstawiony sposób postępowania jest uniwersalny i może być stosowany przy wymaczaniu parametrów materiałowych innych materiałów, a w szczególności mieszanek mineralno-asfaltowych. Prezentowane relacje konstytutywne są stosowane do modelowania zachowania materiałów drogowych z asfaltem w szerokim zakresie temperatury i częstotliwości. Zaproponowanie relacji konstytutywnej, która dobrze odwzorowuje eksperyment przy jednej ustalonej wartości temperatury i prędkości deformacji nie stanowi większego problemu. Problemem badawczym jest proponowanie relacji konstytutywnych wraz ze sposobem wyznaczenia ich parametrów materiałowych pozwalających na poprawne modelowanie zachowania materiału w pewnym zakresie częstotliwości (prędkości deformacji) i temperatury. Zastosowanie relacji konstytutywnych małych odkształceń zostało prezentowane na przykładzie wyznaczenia właściwości efektywnych niejednorodnego kompozytu mieszanki mineralno-asfaltowej. W zagadnieniach brzegowych rozwiązywanych przy zastosowaniu metody elementów skończonych i programu ABAQUS (z własną implementacją modelu konstytutywnego lepkosprężystości) kruszywo jest modelowane relacjami liniowej sprężystości, zaś mastyks relacjami lepkosprężystości. Na podstawie tych obliczeń sformułowano podstawowe wnioski. Pierwszy z nich dotyczy anizotropii cech mechanicznych mieszanki mineralno-asfaltowej, zaś drugi stanowi motywację formułowania relacji konstytutywnych lepkosprężystości w ramach teorii dowolnych deformacji. Lokalne odkształcenia wewnątrz niejednorodnej struktury betonu asfaltowego są nawet kilkadziesiąt razy większe niż odkształcenia średnie. Oznacza to, że już przy odkształceniach spotyka w nawierzchniach drogowych, lokalnie wewnątrz struktury kompozytu wartości odkształceń i przekraczają zwyczajowe ograniczenia dla teorii małych odkształceń. Motywację stosowania teorii dowolnych deformacji dodatkowo wspiera interpretacja podstawowych testów doświadczalnych prowadzonych w laboratoriach drogowych na lepiszczach drogowych w reometrach dynamicznego ścinania (DSR). W teście skręcania próbek walcowych zlepiszcza asfaltowego można obserwować wystąpienie siły osiowej, jaka towarzyszy reakcji w pc momentu skręcającego. Teoria małych odkształceń niezależnie od wybranych relacji konstytutywnych przeanduje w tym teście zerową siłę osiową. W pracy przedstawiono interpretację testu skręcania w ramach teorii dowolnych deformacji, przy zastosowaniu relacji konstytutywnych hipersprężystości, lepkohipersprężystości i lepkosprężystości dużych deformacji. Wskazano, że w przypadku lepiszczy modyfikowanych, wysokomodyfikowanych i lepiszczy gumowo-asfaltowych zastosowanie relacji konstytutywnych hipersprężystości materiałów nieściśliwych jest w wielu sytuacjach wystarczające: Proponowane relacje konstytutywne hipersprężystości z funkcjami jednostkowej energii sprężystości zależnymi od pierwszego niezmiennika deformacji izochorycznej poprawnie przeandują zachowanie materiału w teście skręcania próbek walcowych w reometrze DSR. Zaproponowano niestandardowe testy doświadczalne, które mogą być przeprowadzane przy wykorzystaniu standardowego reometru DSR z pomiarem siły osiowej i pozwalają na jeszcze lepsze poznanie zachowania materiału. Są to: test jednoosiowego rozciągania i test jednoosiowego ściskania bek, które w konfiguracji odniesienia mają kształt walca. Przeprowadzono testy doświadczalne dla lepiszcza 65/105-60, które następnie poddano obróbce statystycznej i zaprezentowano w formie wykresów oraz w formie tabelarycznej. W przypadku tych testów przeprowadzono także symulacje numeryczne, w których potwierdzono przydatność modeli konstytutywnych hipersprężystości do modelowania lepiszczy drogowych. Szczególnie ciekawe wyniki uzyskano w przypadku testu ciągania, w którym dla znacznych deformacji obserwuje się zmianę przekroju rozciąganej próbki z kołowego na przekrój o charakterystycznych zafalowaniach. Tego typu zachowanie obserwuje się także w trakcie eksperymentów. Zachowanie to jest konsekwencją niejednoznaczności rozwiązań dla teorii dużych deformacji i może być interpretowane jako pewnego rodzaju niestabilność przy rozciąganiu. W dalszej części pracy przedstawiono sposób implementacji numerycznej relacji lepkohipersprężystości z rozwinięciem w szereg Prony’ego funkcji relaksacji dla części kulistej i dewiatorowej stanu odkształcenia. Model ten zasługuje na szczególną uwagę, gdyż pozwala na przeniesienie doświadczeń z wyznaczaniem parametrów materiałowych modelu z teorii małych odkształceń do teorii dużych deformacji, przy jednoczesnym umożliwieniu stosowania dowolnych relacji konstytutywnych hipersprężystości. Dla porównania przedstawiono dwa modele konstytutywne lepkosprężystości dużych deformacji w niejawnym sformułowaniu bezpośrednim, tj. model Filograny i model Narayana, które zostały zaproponowane w ostatnich latach w literaturze do stosowania przy modelowaniu lepiszczy asfaltowych. Modele te doskonale odwzorowują eksperymenty dla jednej ustalonej wartości temperatury i prędkości deformacji, a rozszerzenie zakresu ich stosowalności jest utrudnione (szczególnie w przypadku modelu Narayana), gdyż parametry materiałowe wchodzą do relacji konstytutywnej w sposób nieliniowy. Kolejnym problemem okazuje się implementacja numeryczna, która w każdym z przypadków musi być niestandardowa. Relacje konstytutywne obydwu modeli zaimplementowano w systemie Mathematica, co pozwoliło na ich szczegółowe zbadanie i sformułowanie wniosku, że zwłaszcza propozycja Narayana nie spełnia oczekiwań ze względu na trudność implementacji, jak i wyznaczenia parametrów. Należy podkreślić, że proponowane relacje konstytutywne powinny być podawane wraz ze sposobem wyznaczenia parametrów oraz analizą wrażliwości modelu na zmianę tych parametrów. Analizowane relacje konstytutywne hipersprężystości i lepkohipersprężystości zastosowano w zagadnieniu rozciągania elementu niejednorodnego w płaskim stanie odkształcenia do modelowania zachowania betonu asfaltowego.

EN

The study deals with constitutive modelling of isotropic, visco-elastic materials in accordance with small and large deformation theory. The presentation of the issues connected to constitutive modelling of rheological materials starts with an analysis of some chosen unidirectional models of solids and rheological fluids with special attention paid to their characteristic features and numerical implementation in standard numerical algorithms in integral and direct formulations. In the next step, such models are generalized to three dimensional constitutive models using stress and strain tensor decomposition onto spherical and deviatoric parts. The description of the visco-elasticity constitutive models is supplemented with considerations that take into account the determination of model’s parameters with non-linear optimization methods. The parameters are determined for chosen asphalt binders, but the presented approach is quite universal and may be used for determination of parameters of different materials, especially mineral-asphalt mixes. The presented constitutive models are used for modelling of materials based on asphalt in a wide range of temperature and frequency. Proposing the constitutive relationship properly reproducing experimental test results assuming one temperature and one value of velocity of deformation is not a problem nowadays. On the other hand, the research problem is to propose of the constitutive relationship together with the explicit method of parameter determination, allowing to predict the behaviour of the material in some range of frequency (deformation velocity) and temperature. The application of the constitutive relationships derived for the small deformation theory is presented on the example of effective properties determination for a mineral-asphalt mix composite. In boundary value problems solved with the finite element method and ABAQUS software (with own implementations of visco-elasticity constitutive relationships), the aggregate is modelled with the linear elasticity model, while for the mastic, the visco-elasticity model is applied. On the basis of these results the basic conclusions are formulated. The first conclusion is connected with anisotropy of mechanical properties of asphalt mix material, while the second one is a motivation for formulation of visco-elasticity constitutive relationships in terms of continuum mechanics (large deformation theory). Local strains in non-homogenous structure of the asphalt concrete are even a few dozen times higher than average strains of the sample. Consequently, it means that even for the deformations encountered in road pavements, inside the material structure the strain values locally exceed the usual limits for the small deformations theory. The motivation to use large deformation theory is additionally supported by the interpretation of basic experimental tests carried out in road laboratories on asphalt binders with a dynamic rotational rheometer (DSR). In the torsion test of cylindrical samples made from binder, the axial force appears as an effect additional to torsional moment. The small deformation theory, regardless of the selected constitutive relationships, provides zero force in this test. The work presents the interpretation of this test as a large deformation theory problem, with the use of hyperelasticity, visco-hyperelasticity and visco-elasticity of large deformations constitutive relationships. It was indicated that in the case of: modified, highly modified and rubber-asphalt binders, the use of constitutive relations of hyperelasticity of incompressible materials is already sufficient in many situations. The proposed constitutive relationships of hyperelasticity with the stored strain energy functions dependent on the first invariant of isochoric deformation, correctly predict the material’s behaviour in the torsion test carried out in the DSR rheometer. Non-standard experimental tests have been proposed to be carried out with a standard DSR rheometer which can measure axial force and allows even better understanding of the material’s behaviour. These tests are: uniaxial tensile test and uniaxial compression test for samples that have the shape of a cylinder in the reference configuration. Experimental tests were carried out for binder 65/105-60, which were then subjected to statistical processing and presented in the form of graphs (and in tables). In the case of these tests, numerical simulations were also carried out, in which the usefulness of constitutive hyperelasticity models for modelling road binders was confirmed. Particularly interesting results were obtained in the case of a tensile test in which, for significant deformations, a change in the cross-section shape was observed. Circular cross-section changes its shape into a polygon with wavy edges. It should be emphasized that this type of behaviour was also observed during the experiments conducted. The behaviour of the kind is a consequence of the non-uniqueness of solutions for the large deformation theory and can be interpreted as a kind of instability even in tension test. The next part of the work presents the method of numerical implementation of the visco-elasticity relationship with the expansion to Prony series of the relaxation function for the spherical and deviatoric part of the deformation state. This model deserves special attention because it allows to transfer experience in determining material parameters of the model from the small to the large deformation theory, together with the possibility to use my constitutive relationship of hyperelasticity. For comparison, the two constitutive models of visco-elasticity for large deformation, namely in the direct formulation, Filograna’s and Narayan’s models have been presented. These models were recently proposed for asphalt binder modelling. These models perfectly match experiments for one fixed temperature and deformation velocity value, and extension of the scope of their applicability is difficult (especially in the case of the Narayan’s model), because material parameters go into the constitutive relation in a nonlinear manner. Another problem is the numerical implementation, which in case of both models is non-standard. The constitutive relationships of both models were implemented in the Mathematica system, which allowed their detailed examination and formulation of the conclusion that, in particular, the proposal of Narayana does not meet expectations due to the difficulty of implementation and parameters determination. The proposed constitutive relations should be given together with the method determining the parameters and the analysis of the model’s sensitivity to the change of these parameters. The analyzed constitutive relations of hyperelasticity and visco-hyperelasticity were applied in the problem of non-uniform element stretching in a plane strain case, which may be treated as a presentation of the real behaviour of an asphalt mix.

15

Transient forced vibration response analysis of heterogeneous sandwich circular plates under viscoelastic boundary support

Alipour M. M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. 18, no. 1

12--31

EN

For the first time the transient bending analysis of a sandwich plate with viscoelastic boundary support is investigated in this study. Viscoelastic support consists of two sets of translational springs and dashpots connected in parallel along the in-plane and transverse directions. The sandwich plate is fabricated from heterogeneous face sheets where the material properties of each face sheets are assumed to be varied continuously in the radial direction according to a power-law function. Variations of the material properties of each face sheets are monitored by eight distinct inhomogeneity parameters. Therefore, the solution procedure may be used for a wide range of the practical problems. In order to investigate the effects of viscoelastic edge supports on the transient response of sandwich plate a wide range of the stiffness and damping coefficients of the edge supports in the in-plane and transverse directions are applied. Results of sandwich plates with the classical edge conditions as some special cases of the elastic/viscoelastic supports are compared with those extracted from the ABAQUS software based on the 3D theory of elasticity. The comparisons show that even for relatively complicated cases, there is a good agreement between the results.

16

Non-Newtonian momentum transfer past an isothermal stretching sheet with applied suction

Veena P. H., Suresh B., Pravin V. K., Goud A. M.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2017

|

Vol. 22, no. 3

665--674

EN

The paper discusses the flow of an incompressible non-Newtonian fluid due to stretching of a plane elastic surface in a saturated porous medium in the approximation of boundary layer theory. An exact analytical solution of non-linear MHD momentum equation governing the self-similar flow is given. The skin friction co-efficient decreases with an increase in the visco-elastic parameter k1 and increase in the values of both the magnetic parameter and permeability parameter.

17

Modeling the Bending and Recovery Behaviour of Woven Fabrics

Shi F., Zhao Y., Wu G., Zheng D.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2017

|

Vol. 25, no. 6 (126)

41--45

EN

On the basis of viscoelastic theory of textile material, the viscoelastic solid model consisting of a spring element and viscous element either in series or parallel is one of the most useful research models to study the mechanical behaviour of fabrics. This paper presents a method to study the bending behaviour of wool/polyester fabrics using a model consisting of the three-element model in parallel with a sliding element on the assumption that the internal frictional moment is a constant during the bending processes. From the needs of practical study, a testing method has been presented to study the bending behaviour of wool/polyester fabrics using a KES-FB3 compression tester. A comparison and analysis of the experimental results and theoretical predictions indicate that the agreement between them is satisfactory.

PL

Lepkosprężysty model bryłowy składający się z elementu sprężystego i elementu lepkiego, w układzie szeregowym lub równoległym, jest jednym z najbardziej użytecznych modeli służącym do badania mechanicznego zachowania się tkanin. W pracy przedstawiono metodę badania zachowania się zginanych tkanin wełniano-poliestrowych za pomocą modelu składającego się z trój-elementowego modelu równoległego z elementem przesuwnym przy założeniu, że wewnętrzny moment tarcia jest stały podczas procesów gięcia. Na podstawie praktycznych badań przedstawiono metodę badania zachowania się gięcia tkanin wełniano-poliestrowych przy użyciu testera kompresji KES-FB3. Stwierdzono zadowalającą zgodność między wynikami eksperymentów a przewidywaniami teoretycznymi.

18

Badanie histerezy mechanicznej ścięgien wieprzowych

Liber-Kneć A., Łagan S.

Engineering of Biomaterials

|

2017

|

Vol. 20, no. 139

26--30

PL

Ścięgna mogą być czasowo lub trwale uszkodzone w warunkach nadmiernego obciążenia lub obciążenia przyłożonego z dużą szybkością. Z punktu widzenia decyzji chirurga istotnym jest przewidywanie intensywności uszkodzeń ścięgien. Można to zrobić poprzez określenie i zrozumienie odpowiedzi mechanicznej i rodzajów uszkodzeń ścięgien pod wpływem działania obciążenia. Jedną z ważnych cech ścięgien jest histereza mechaniczna, która określa zdolność ścięgna do rozpraszania energii, co oznacza, że napięcie mięśni nie jest w pełni przenoszone na szkielet. Badania przeprowadzono w celu określenia histerezy mechanicznej w modelu ścięgien wieprzowych w warunkach cyklicznego obciążenia w próbie quasi-statycznego rozciągania. Wykonano dziesięć cykli obciążenia- -odciążenia w teście quasi-statycznego rozciągania dla trzech poziomów maksymalnego obciążenia: 50 N, 100 N i 150 N. Dla każdego poziomu obciążenia zarejestrowano trzy pętle histerezy (pierwszą, piątą, dziesiątą) i na ich podstawie obliczono wartości energii dyssypacji i histerezy mechanicznej. Średnie wartości energii rozpraszania wyniosły 4,4 ±0,7 mJ, 19,7 ±3,7 mJ, 23,9 ±3,9 mJ odpowiednio dla poziomów obciążenia 50, 100 i 150 N. Między piątym a dziesiątym cyklem, dla których zaobserwowano stabilizację energii rozproszonej, wartości te wynosiły od 22 do 32%, co stanowiło połowę wartości histerezy dla pierwszego cyklu. Zaobserwowano wpływ zastosowanych obciążeń na wartości, zarówno energii dyssypacji, jak i energii zwróconej. Wpływu tego nie zaobserwowano na wartość histerezy mechanicznej.

EN

Tendons may be temporarily or permanently damaged under conditions of excessive high-rate loading. It is important for surgery decisions to predict the intensity of tendons injures. It can be done by the determination and understanding of the mechanical response and the failure modes of tendons under loading. One of the important issues concerned with tendons is mechanical hysteresis, demonstrating the ability of the tendon to dissipate energy, which indicates that the muscular tension is not fully transmitted to the skeleton. The aim of the study was to determine mechanical hysteresis of porcine tendons model under cyclic loading in the quasi-static tensile test. Repeated ten loading-unloading cycles in the quasi-linear tensile test were made for three levels of the maximal load: 50 N, 100 N and 150 N. Three hysteresis loops for each level of load were registered (1st, 5th, 10th) and used for calculation the values of energy dissipation and mechanical hysteresis. The mean values of energy dissipation were 4.4 ±0.7 mJ, 19.7 ±3.7 mJ, 23.9 ±3.9 mJ for load levels 50, 100 and 150 N, respectively. Between fifth and tenth cycle for which the stabilization of the mechanical hysteresis was observed, its values were between 22 and 32%, what was about half of the hysteresis value for the first cycle. The influence of the applied loads on the values of both the energy of dissipation and the returned energy can be seen but the value of mechanical hysteresis is independent of load levels.

19

Elastic and Viscoelastic Stresses of Nonlinear Rotating Functionally Graded Solid and Annular Disks with Gradually Varying Thickness

Allam M. N. M., Tantawy R., Yousof A., Zenkour A. M.

Archive of Mechanical Engineering

|

2017

|

Vol. LXIV, nr 4

423--440

EN

Analytical and numerical nonlinear solutions for rotating variable-thickness functionally graded solid and annular disks with viscoelastic orthotropic material properties are presented by using the method of successive approximations.Variable material properties such as Young’s moduli, density and thickness of the disk, are first introduced to obtain the governing equation. As a second step, the method of successive approximations is proposed to get the nonlinear solution of the problem. In the third step, the method of effective moduli is deduced to reduce the problem to the corresponding one of a homogeneous but anisotropic material. The results of viscoelastic stresses and radial displacement are obtained for annular and solid disks of different profiles and graphically illustrated. The calculated results are compared and the effects due to many parameters are discussed.

20

Propagation of waves in the layer of a thermo-viscoelastic transversely isotropic medium

Gupta R. R., Gupta R. R.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2016

|

Vol. 21, no. 1

21--35

EN

The article is presented to enhance our knowledge about the propagation of Lamb waves in the layer of a viscoelastic transversely isotropic medium in the context of thermoelasticity with GN theory of type-II and III. Secular equations for symmetric and skew-symmetric modes of wave propagation in completely separate terms are derived. The amplitudes of displacements and temperature distribution were also obtained. Finally, the numerical solution was carried out for cobalt and the dispersion curves, amplitudes of displacements and temperature distribution for symmetric and skew-symmetric wave modes are presented to evince the effect of anisotropy. Some particular cases are also deduced.