In order to predict the thermoelastic behavior of porous composites, poroelastic parameters are measured by using micromechanics-based finite element models. The expanding deformation caused by pore pressure, and the degradation of homogenized elastic moduli with pores are calculated for the assessment of the poroelastic parameters. Various representative volume elements considering the shape, size, and array pattern of pores are modeled and analyzed by a finite element method. The effects of porosity and material anisotropy, and the distribution of stain energy density are investigated carefully. In addition, the measured poroelastic parameters are verified by predicting the thermo-pore-elastic behavior of carbon/phenolic composites.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.06a
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pp.606-611
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2000
It has been noted that the low frequency absorption coefficient of a porous sample placed in a standing wave tube is affected by the nature of the sample's edge constraint. The edge constraint has the effect of stiffening the solid phase of the sample, which itself can be strongly coupled to the material's fluid phase, and hence the incident sound field, by viscous means at low frequencies. In recent work it has also been shown that such a circumferential constraint causes the low frequency transmission loss of a layer of fibrous material to approach a finite low frequency limit that is proportional to the flow resistance of the layer and which is substantially higher than that of an unconstrained sample of the same material. However, it was also found that the benefit of the circumferential edge constraint was reduced in a transitional frequency range by a shearing resonance of the sample. Here it will be shown that the effect of that resonance can be mitigated or eliminated by adding additional axial and radial constraints running through the sample. It will also be shown that the constraint effect can be modeled closely by using a finite element procedure based on the Biot poroelastic theory. Implications for low frequency barrier design are also discussed.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.10a
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pp.1078-1080
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2002
The pressure variation of interstitial fluid is one of the most important factors in bone physiology. In order to understand the role of interstitial fluid and the biomechanical interactions between fluid and solid constituents within bone, poroelastic theory was applied. The purpose of this study is to describe the behavior of calf vertebral trabecular bone composed of the porous solid trabeculae and the viscous bone marrow by using a commercial finite element analysis program based on the poroelasticity. In this study, the model was numerically tested for 5 different strain rates, i. e., 0.001, 0.01, 0.1, 1.0, and 10 per second. The material properties of the calf vertebral trabecular bone were utilized from the previous experimental study. Two asymptotic poroelastic response, the drained and undrained deformation, were predicted. From the predicted results for the simulated five strain rate, it was found that the pore pressure generation has a linearly increasing behavior when the strain rate is the highest at 10 per second, other wise it showed a nonlinear the strain rate Increased. Based on the results of the present study, it was suggested that the calf vertebral trabecular bone could be modeled as a porous material and its strain rate dependent material behavior could be predicted.
Simplified analytical solutions are developed for the dynamic analyses of an axially loaded pile foundation embedded in a transverse-isotropic, fluid-filled, poro-visco-elastic soil with rigid substratum. The pile is modeled as a viscoelastic Rayleigh-Love rod, while the surrounding soil is regarded as a transversely isotropic, liquid-saturated, viscoelastic, porous medium of which the mechanical behavior is represented by the Boer's poroelastic media model and the fractional derivative model. Upon the separation of variables, the frequency-domain responses for the impedance function of the pile top, and the vertical displacement and the axial force along the pile shaft are gained. Then by virtue of the convolution theorem and the inverse Fourier transform, the time-domain velocity response of the pile head is derived. The presented solutions are validated, compared to the existing solution, the finite element model (FEM) results, and the field test data. Parametric analyses are made to show the effect of the soil anisotropy and the excitation frequency on the pile-soil dynamic responses.
This paper deals with the process of obtaining sound transmission loss of a cylindrical silencer lined with multi-layered poroelastic sound absorbing materials. The Biot model and the Johnson-Champoux-Allard-Lafarge (JCAL) model were used to deal with waves propagating in multi-layered poroelastic materials. The boundary conditions required for analysis of the silencer were obtained and the numerical process of finding modes was explained. A numerical experiment was conducted on the 2-layered silencer using the modes and the transmission loss converged with the first 12 modes. Finally, the mode matching method proposed in this research was validated by being compared with the results calculated from Finite Element Method (FEM) about different kinds of sound absorbing materials.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.5
no.4
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pp.1-11
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2001
A theory for time-dependent, high temperature ablation of poroelastic carbon composite insulators is applied using finite element methods to determine material properties from experimental data. The theory contains important revisions to that in Lee, Salamon and Sullivan[1] by making a sharp distinction between Biots constants and permeability and setting both to analytical functions of porosity. The finite element program and material modeling has been modified to (1) more closely adhere to porous-material theory, (2) include a newly discovered analytical simplification and (3) refine the material property descriptions. Application to experimental problems and comparisons with data permit determination of Biots constants and permeability and their evolution with respect to matrix decomposition and clearly show how material parameters affect the material response, e.g., amplitude and the location of peaks with respect to temperature. In particular, the response is very sensitive to permeability and dominated by it.
Galeban, M.R.;Mojahedin, A.;Taghavi, Y.;Jabbari, M.
Steel and Composite Structures
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v.21
no.5
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pp.999-1016
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2016
This study presents free vibration of beam made of porous material. The mechanical properties of the beam is variable in the thickness direction and the beam is investigated in three situations: poro/nonlinear nonsymmetric distribution, poro/nonlinear symmetric distribution, and poro/monotonous distribution. First, the governing equations of porous beam are derived using principle of virtual work based on Euler-Bernoulli theory. Then, the effect of pores compressibility on natural frequencies of the beam is studied by considering clamped-clamped, clamped-free and hinged-hinged boundary conditions. Moreover, the results are compared with homogeneous beam with the same boundary conditions. Finally, the effects of poroelastic parameters such as pores compressibility, coefficients of porosity and mass on natural frequencies has been considered separately and simultaneously.
Park Jeong-Hwa;Lee Jae-Owan;Kwon Sang-Ki;Cho Won-Jin
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.4
no.2
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pp.117-131
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2006
A coupled T-H-M(Thermo-Hydro-Mechanical) analysis was carried out for KENTEX (KAERI Engineering-scale T-H-M Experiment for Engineered Barrier System), which is a facility for validating the coupled T-H-M behavior in the engineered barrier system of the Korean reference HLW(high-level waste) disposal system. The changes of temperature, water saturation, and stress were estimated based on the coupled T-H-M analysis, and the influence of the types of mechanical constitutive material laws was investigated by using elastic model, poroelastic model, and poroelastic-plastic model. The analysis was done using ABAQUS, which is a commercial finite element code for general purposes. From the analysis, it was observed that the temperature in the bentonite increased sharply for a couple of days after heating the heater and then slowly increased to a constant value. The temperatures at all locations were nearly at a steady state after about 37.5 days. In the steady state, the temperature was maintained at $90^{\circ}C$ at the interface between the heater and the bentonite and at about $70^{\circ}C$ at the interface between the bentonite and the confining cylinder. The variation of the water saturation with time in bentonite was almost same independent of the material laws used in the coupled T-H-M processes. By comparing the saturation change of T-H-M and that of H-M(Hydro-Mechanical) processes using elastic and poroelastic material mod31 respectively, it was found that the degree of saturation near the heater from T-H-M calculation was higher than that from the coupled H-M calculation mainly because of the thermal flux, which seemed to speed up the saturation. The stresses in three cases with different material laws were increased with time. By comparing the stress change in H-M calculation using poroelasetic and poroelasetic-plastic model, it was possible to conclude that the influence of saturation on the stress change is higher than the influence of temperature. It is, therefore, recommended to use a material law, which can model the elastic-plastic behavior of buffer, since the coupled T-H-M processes in buffer is affected by the variation of void ratio, thermal expansion, as well as swelling pressure.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.9
no.2
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pp.25-31
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2005
The theory developed in a preceding paper [1] for poroelastic composite material behavior under thermal and gas diffusion is applied to thermo-chemical decomposition of a carbon-phenolic composite rocket nozzle liner under typical operating conditions. Specifically, the structural component simulated is the cowl ring for which distributions of pressure in the material pores, temperature and across-ply stress are presented. The results for particular composite designs show that across-ply failure occurs due to tensile stress in the material which is indicative of plylift. This prediction corroborates observations of plylift in a nozzle cowl. Simulations suggest designs to avoid plylift in the cowl zone.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2014.10a
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pp.557-561
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2014
In this work, Altair Engineering's vibroacoustic modeling approach is used to simulate the acoustic signature of a simplified automobile in a wind tunnel. The modeling approach relies on a two step procedure involving simulation and extraction of acoustic sources using a high fidelity Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation followed by propagation of the acoustic energy within the structure and passenger compartment using a structural dynamics solver. The tools necessary to complete this process are contained within Altair's HyperWorks CAE software suite. The CFD simulations are performed using AcuSolve and the structural simulations are performed using OptiStruct. This vibroacoustics simulation methodology relies on calculation of the acoustic sources from the flow solution computed by AcuSolve. The sources are based on Lighthill's analogy and are sampled directly on the acoustic mesh. Once the acoustic sources have been computed, they are transformed into the frequency domain using a Fast Fourier Transform (FFT) with advanced sampling and are subsequently used in the structural acoustics model. Although this approach does require the CFD solver to have knowledge of the acoustic simulation domain a priori, it avoids modeling errors introduced by evaluation of the acoustic source terms using dissimilar meshes and numerical methods. The aforementioned modeling approach is demonstrated on the Hyundai Simplified Model (HSM) geometry in this work. This geometry contains flow features that are representative of the dominant noise sources in a typical automobile design; namely vortex shedding from the passenger compartment A-pillar and bluff body shedding from the side view mirrors. The geometry also contains a thick poroelastic material on the interior that acts to reduce the acoustic noise. This material is modeled using a Biot material formulation during the structural acoustic simulation. Successful prediction of the acoustic noise within the HSM geometry serves to validate the vibroacoustic modeling approach for automotive applications.
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