This paper proposes a novel time-domain homogenization model combining the viscoelastic constitutive law with Eshelby's inclusion theory-based micromechanics model to predict the mechanical behavior of the particle reinforced composite material. The proposed model is intuitive and straightforward capable of predicting composites' viscoelastic behavior in the time domain. The isotropization technique for non-uniform stress-strain fields and incremental Mori-Tanaka schemes for high volume fraction are adopted in this study. Effects of the imperfectly bonded interphase layer on the viscoelastic behavior on the dynamic mechanical behavior are also investigated. The proposed model is verified by the direct numerical simulation and DMA (dynamic mechanical analysis) experimental results. The proposed model is useful for multiscale analysis of viscoelastic composite materials, and it can also be extended to predict the nonlinear viscoelastic response of composite materials.
In this paper, the dynamic response of a simply-supported composite sandwich plate with a viscoelastic core based on the Golla-Hughes-McTavish (GHM) viscoelastic model is investigated analytically. The formulation is developed using the three-layered sandwich panel theory. Hamilton's principle has been employed to derive the equations of motion. Since classical models, like kelvin-voigt and Maxwell models, cannot express a comprehensive description of the dynamic behavior of viscoelastic material, the GHM method is used to model the viscoelastic core of the plate in this research. The main advantage of the GHM model in comparison with classical models is the consideration of the frequency-dependent characteristic of viscoelastic material. Identification of the material parameters of GHM mini-oscillator terms is an essential procedure in applying the GHM model. In this study, the focus of viscoelastic modeling is on the development of GHM parameters identification. For this purpose, a new method is proposed to find these constants which express frequency-dependent behavior characterization of viscoelastic material. Natural frequencies and loss factors of the sandwich panel based on ESL and three-layered theories in different geometrics are described at 30℃ and 90℃; also, the comparisons show that obtained natural frequencies are grossly overestimated by ESL theory. The argumentations of differences in natural frequencies are also illustrated in detail. The obtained results show that the GHM model presents a more accurate description of the plate's dynamic response by considering the frequency dependency behavior of the viscoelastic core.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.53
no.3
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pp.19-26
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2011
In order to estimate the viscous effects of clay over a wide range of strain levels, we confirmed the performance of a viscoelastic-viscoplastic constitutive model by simulating cyclic undrained triaxial tests to determine the cyclic strength and deformation characteristics of natural marine clay. The viscoelastic-viscoplastic constitutive model was then incorporated into an effective stress-based seismic response analysis to estimate the effects of an intermediate clay layer on the behavior of sand layers. Seismic response was simulated by the cyclic viscoelastic-viscoplastic constitutive model created with data recorded at Rokko Island, Kobe, Japan. The results show that a cyclic viscoelastic-viscoplastic constitutive model can provide a good description of dynamic behavior including viscoelastic effects, within a small strain range.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2007.05a
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pp.209-212
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2007
Rubber compounds have high viscoelastic property. One of the viscoelastic behaviors during profile extrusion is the swelling of extrudate. In this study, die swell of rubber compounds at the capillary die have been investigated through an experiment and computer simulation. They have been performed using fluidity tester in experiment and commercial CFD code, Polyflow in computer simulation. Die swell of rubber compounds for relaxation time at several modes under same conditions with the experiment were predicted using non-linear differential viscoelastic model, Phan-Thien-Tanner (PTT) model. The simulation was analyzed compared with the experiment. Viscoelastic behaviors for pressure, velocity and shear rate distribution were analyzed at the capillary die. It is concluded that the PTT model successfully represented the amount of the optimal die swell of rubber compounds for relaxation time at different modes.
A five parameter viscoelastic model is developed to study harmonic waves propagating in the non-homogeneous viscoelastic filaments of varying density. The constitutive relation for five parameter model is first developed and then it is applied for harmonic waves in the specimen. In this study, it is assumed that density, rigidity and viscosity of the specimen i.e., rod are space dependent. The specimen is non-homogeneous, initially unstressed and at rest. The method of non-linear partial differential equation has been used for finding the dispersion equation of harmonic waves in the rods. A simple method is presented for reflections at the free end of the finite non-homogeneous viscoelastic rods. The harmonic wave propagation in viscoelastic rod is also presented numerically with MATLAB.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.1
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pp.171-177
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2002
The viscoelastic dampers are considered to be one of the most efficient means of upgrading existing structures against seismic loads. Generally in the dynamic analysis of a structure with added viscoelastic dampers the internal forces of the dampers are represented by constants that are linearly proportional to displacement and velocity. The purpose of this study is to verify the validity of the linear Kelvin model by comparing the results from the linear analysis with those obtained from the more rigorous nonlinear model such as fractional derivative model. According to the results the structural responses of 1-DOF structure obtained using the linear model are very close to those obtained from nonlinear model. However for multi-D0F structure the difference between the results from both models is enlarged as a results of the assumptions associated with the linear modeling of the viscoelastic dampers.
A viscoelastic constitutive equation of rubber that is under small oscillatory load superimposed on large static deformation is proposed. The proposed model is derived through linearization of Simo's viscoelastic constitutive model and reference configuration transformation. The proposed constitutive equation is extended to a generalized viscoelastic constitutive equation that includes widely used Mormin's model as a special case using objective stress increment. Static deformation correction factor is introduced to consider the influence of Pre-strain on the relaxation function. The proposed constitutive model is tested fer dynamic behavior of rubber specimens with different carbon black contents. It is concluded from the test that the viscoelastic constitutive equation for filled rubber must include the influence of the static deformation on the time effects. The suggested constitutive equation with static deformation correction factor shows good agreement with test values.
Rubber compounds have high viscoelastic property. One of the viscoelastic behaviors during profile extrusion is the swelling of extrudate. In this study, die swells of rubber compounds at the capillary die have been investigated through experiment and computer simulation. Experiments and simulations have been performed using fluidity tester and commercial CFD code, Polyflow respectively. Die swells of rubber compounds in a capillary die were predicted using non-linear differential viscoelastic model, Phan-Thien-Tanner(PTT) model for various relaxation times and relaxation modes. The results of simulation were compared with the experiments. Pressure and velocity distribution, and circulation flows at the comer of capillary die have been investigated through computer simulation. It is concluded that the PTT model successfully represented the amount of the die swell of rubber compounds for various relaxation times at different modes.
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.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.5
no.4
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pp.197-203
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2001
This study presents the results of shaking table test of scaled model structures with added viscoelastic dampers, which are considered to be one of the most efficient means of upgrading existing structures against seismic loads. The experimental results were compared with those from analysis based on the linear modeling of viscoelastic dampers. The parameters obtained from free vibration test were utilized in the analysis. According to the results the added viscoelastic dampers turned out to be effective in reducing the responses of the model structures. It was also found that the analysis with linear modeling of viscoelastic dampers could simulate the test results accurately.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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