Hussain, Muzamal;Naeem, Muhammad N.;Tounsi, Abdelouahed
Advances in concrete construction
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v.9
no.3
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pp.301-312
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2020
This research deals with the study of the orthotropic vibrational features of single-walled carbon nanotubes according to Kelvin's model and to check the accuracy of the models, the results have been compared with earlier modeling/simulations. Obtaining rough approximations of the natural frequencies of CNTs using continuum equations are still a common procedure, even at high harmonics. The effects of different physical and material parameters on the fundamental frequencies are investigated for zigzag and chiral single-walled carbon nanotubes invoking Kelvin's theory. By using nonlocal Kelvin's model, the fundamental natural frequency spectra for two forms of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) have been calculated. The influence of frequencies with nonlocal parameters and bending rigidity are investigated in detail for these tubes. Computer software MATLAB is utilized for the frequencies of SWCNTs and current results shows a good stability with comparison of other studies.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.36
no.1
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pp.9-17
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2016
The elastic modulus of a 3D-printed Kelvin foam plate is investigated by measuring the acoustic wave velocity of 1 MHz ultrasound. An isotropic tetrakaidecahedron foam with 3 mm unit cell is designed and printed layer upon layer to fabricate a Kelvin foam plate of 14 mm thickness with a 3D CAD/printer using ABS plastic. The Kelvin foam plate is completely filled with paraffin wax for impedance matching, so that the acoustic wave may propagate through the porous foam plate. The acoustic wave velocity of the foam plate is measured using the time-of-flight (TOF) method and is used to calculate the elastic modulus of the Kelvin foam plate based on acousto-elasticity. Finite element method (FEM) and micromechanics is applied to the Kelvin foam plate to calculate the theoretical elastic modulus using a non-isotropic tetrakaidecahedron model. The predicted elastic modulus of the Kelvin foam plate from FEM and micromechanics model is similar, which is only 3-4% of the bulk material. The experimental value of the elastic modulus from the ultrasonic method is approximately twice as that of the numerical and theoretical methods because of the flexural deformation of the cell edges neglected in the ultrasonic method.
If the groundwater in rock joint is changed into ice, it induces the stress increment by volume increase. Also, if the ice is changed into groundwater again, the stress in joint decreases by volume decrease. The accumulated displacement and fatigues of joints are increased by the stress-hysterisis, induced from the continuous frost-thawing. Also the shear strength is decreased by them continuously. The stress-hysterisis is affected by the atmospheric temperature changes, whose behavior is visco-elasticity, usually. Therefore, Kelvin model could be used to analyze the frost-thawing behavior in winter. The measured data of total 5 points are examined, which are composed of 3 points of shallow joints and 2 points of deep joints. Because shallow weathered rocks have many joints, a lot of Kelvin model are connected and the behaviors are complicated. In case of deep joints, simple Kelvin model is applied and the behaviors are also simple.
Pounding between closely located adjacent buildings is a serious issue of dense cities in the earthquake prone areas. Seismic responses of adjacent buildings subjected to earthquake induced pounding are numerically studied in this paper. The adjacent buildings are modeled as the lumped mass shear buildings subjected to earthquake acceleration and the pounding forces are modeled as the Kelvin contact force model. The Kelvin model is activated when the separation gap is closed and the buildings pound together. Characteristics of the Kelvin model are extensively explored and a new procedure is proposed to determine its stiffness. The developed model is solved numerically and a SDOF pounding case as well as a MDOF pounding case of multistory adjacent buildings are elaborated and discussed. Effects of different separation gaps, building heights and earthquake excitations on the seismic responses of adjacent buildings are obtained. Results show that the seismic responses of adjacent buildings are affected negatively by the pounding. More stories pound together and pounding is more intense if the separation gap is smaller. When the height of buildings differs significantly, the taller building is almost unaffected while the shorter building is affected detrimentally. Finally, the buildings should be analyzed case by case considering the potential earthquake excitation in the area.
Soil foundations exhibit significant creeping deformation, which may result in excessive settlement and failure of superstructures. Based on the theory of viscoelasticity and fractional calculus, a fractional Kelvin-Voigt model is proposed to account for the time-dependent behavior of soil foundation under vertical line load. Analytical solution of settlements in the foundation was derived using Laplace transforms. The influence of the model parameters on the time-dependent settlement is studied through a parametric study. Results indicate that the settlement-time relationship can be accurately captured by varying values of the fractional order of differential operator and the coefficient of viscosity. In comparison with the classical Kelvin-Voigt model, the fractional model can provide a more accurate prediction of long-term settlements of soil foundation. The determination of influential distance also affects the calculation of settlements.
Hussain, Muzamal;Naeem, Muhammad N.;Asghar, Sehar;Tounsi, Abdelouahed
Advances in nano research
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v.8
no.4
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pp.307-322
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2020
In this article, free vibration of double-walled carbon nanotubes (DWNT) based on nonlocal Kelvin's model have been investigated. For this purpose, a nonlocal Kelvin's model is established to observe the small scale effect. The wave propagation is employed to frame the governing equations as eigenvalue system. The influence of nonlocal parameter subjected to different end supports has been overtly examined. The new set of inner and outer tubes radii investigated in detail against aspect ratio. The influence of boundary conditions via nonlocal parameter is shown graphically. Due to small scale effect fundamental frequency ratio decreases as length to diameter ratio increases. Small scale effect becomes negligible on all end supports for the higher values of aspect ratio. With the smaller inner tube radius double-walled CNT behaves more sensitive towards nonlocal parameter. The results generated furnish the evidence regarding applicability of nonlocal model and also verified by earlier published literature.
Calm water wave resistance plays a very important role in ship hull design. Numerical methods are meaningful for this reason. In this study, two prevailing methods, the Neumann-Kelvin and the Rankine source method, were implemented and compared. The Neumann-Kelvin method assumes linearized free surface boundary condition and only needs to mesh the hull surface. The Rankine source method considers nonlinear free surface boundary condition and meshes both the ship hull surface and free surface. Both methods were implemented and the wave resistance of a Wigley III and three Series 60(Cb=0.6, 0.7, 0.8) hulls were analyzed. The results were compared with experimental results and the merits of both numerical techniques were quantified. Based on the results, it is concluded that the Rankine source method is more accurate in the calculation of the wave-making resistance. Using the Neumann-Kelvin method, it is found to be easier to model the hull and can be used for slender ships to solve problems like wave current coupling calculation.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.36
no.6
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pp.474-482
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2016
A Kelvin foam plate - widely used in the energy and transport industries as a lightweight structural material - was examined to estimate its Young's modulus using ultrasound. An isotropic tetrakaidecahedron foam structure was designed in SolidWorks and printed using 3D printer with an ABS plastic material. The 3D printed foam structure was used to build a foam plate with a 14 mm thickness ($50mm{\times}100mm$ in size) for the ultrasonic test. The Kelvin foam plate, a significantly porous medium, was completely filled with paraffin wax to enable the ultrasound to penetrate through the porous medium. The acoustic wave velocity of the wax-filled Kelvin foam was measured using the time of flight (TOF) method. Furthermore, the elastic modulus of the Kelvin foam was estimated based on an elastic structural model developed in this study. The Young's modulus of the produced Kelvin foam was observed to be approximately 3.4% of the bulk value of the constituent material (ABS plastic). This finding is consistent with experimental and theoretical results reported by previous studies.
A kinematics model of a ship wake in the presence of surface waves generated by wind is presented. It was found that a stationary wave structure behind a ship covered a wedge region with the angle at the top of the wake and that only divergent waves were present in a ship wake instead of both the longitudinal and cross-waves, which are known as the Kelvin model. Ship motion at some angle to wind waves can cause an essential asymmetry of the wake, compressing its windward half.
Hussain, Muzamal;Naeem, Muhammad N.;Asghar, Sehar;Tounsi, Abdelouahed
Computers and Concrete
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v.25
no.4
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pp.343-354
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2020
In this paper, vibration characteristics of chiral double-walled carbon nanotubes entrenched on Kelvin's model. The Eringen's nonlocal elastic equations are being combined with Kelvin's theory to observe small scale response. A nonlocal model has been formulated to explore the frequency spectrum of chiral double-walled CNTs along with diversity of indices and nonlocal parameter. Wave propagation is proposed technique to establish field equations of model subjected to four distinct end supports. The significance of scale effect in relevance of length-to-diameter and thickness- to- radius ratios are discussed and displayed in detail.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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