Huang, Qinghua;Yu, Xinping;Lv, Jun;Zhou, Jilie;Elvenia, Marischa Ray
Steel and Composite Structures
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v.45
no.3
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pp.409-423
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2022
Nowadays, there is a high demand for great structural implementation and multifunctionality with excellent mechanical properties. The porous structures reinforced by graphene platelets (GPLs) having valuable properties, such as heat resistance, lightweight, and excellent energy absorption, have been considerably used in different engineering implementations. However, stiffness of porous structures reduces significantly, due to the internal cavities, by adding GPLs into porous medium, effective mechanical properties of the porous structure considerably enhance. This paper is relating to vibration analysis of fluidconveying cantilever porous graphene platelet reinforced (GPLR) pipe with fractional viscoelastic model resting on foundations. A dynamical model of cantilever porous GPLR pipes conveying fluid and resting on a foundation is proposed, and the vibration, natural frequencies and primary resonant of such a system are explored. The pipe body is considered to be composed of GPLR viscoelastic polymeric pipe with porosity in which Halpin-Tsai scheme in conjunction with the fractional viscoelastic model is used to govern the construction relation of nanocomposite pipe. Three different porosity distributions through the pipe thickness are introduced. The harmonic concentrated force is also applied to the pipe and the excitation frequency is close to the first natural frequency. The governing equation for transverse motions of the pipe is derived by the Hamilton principle and then discretized by the Galerkin procedure. In order to obtain the frequency-response equation, the differential equation is solved with the assumption of small displacement, damping coefficient, and excitation amplitude by the multiple scale method. A parametric sensitivity analysis is carried out to reveal the influence of different parameters, such as nanocomposite pipe properties, fluid velocity and nonlinear viscoelastic foundation coefficients, on the primary resonance and linear natural frequency. Results indicate that the GPLs weight fraction porosity coefficient, fractional derivative order and the retardation time have substantial influences on the dynamic response of the system.
This paper is motivated by the lack of studies relating to vibration and nonlinear resonance of fluid-conveying cantilever porous GPLR pipes with fractional viscoelastic model resting on nonlinear foundations. A dynamical model of cantilever porous Graphene Platelet Reinforced (GPLR) pipes conveying fluid and resting on nonlinear foundation is proposed, and the vibration, natural frequencies and primary resonant of such system are explored. The pipe body is considered to be composed of GPLR viscoelastic polymeric pipe with porosity in which Halpin-Tsai scheme in conjunction with fractional viscoelastic model is used to govern the construction relation of the nanocomposite pipe. Three different porosity distributions through the pipe thickness are introduced. The harmonic concentrated force is also applied on pipe and excitation frequency is close to the first natural frequency. The governing equation for transverse motion of the pipe is derived by the Hamilton principle and then discretized by the Galerkin procedure. In order to obtain the frequency-response equation, the differential equation is solved with the assumption of small displacement, damping coefficient, and excitation amplitude by the multiple scale method. A parametric sensitivity analysis is carried out to reveal the influence of different parameters, such as nanocomposite pipe properties, fluid velocity and nonlinear viscoelastic foundation coefficients, on the primary resonance and linear natural frequency. Results indicate that the GPLs weight fraction porosity coefficient, fractional derivative order and the retardation time have substantial influences on the dynamic response of the system.
In this paper, critical fluid velocity and frequency of laminated pipe conveying fluid are presented. Each layer of the pipe is reinforced by functionally graded carbon nanotubes (FG-CNTs). The internal fluid is assumed turbulent and the induced forces are calculated by momentum equations. The pipe is resting on viscoelastic foundation with spring, shear and damping constants. The motion equations are derived based on classical shell theory and energy method. Differential quadrature method (DQM) is used for solution and obtaining the critical fluid velocity. The effects of volume percent and distribution of CNT, boundary condition, lamina layer number, length to radius ration of pipe, viscoelastic medium and fluid velocity are shown on the critical fluid velocity. Results show that with increasing the lamina layer number, the critical fluid velocity increases.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.sup3
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pp.65-74
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2016
During concrete pumping, the migration and redistribution of particles occur in a pipe and the lubrication layer that forms between the bulk concrete and the pipe wall is the governing factor determining the flow behavior. In order to identify flow behavior of pumping, in this study, the viscoelastic properties related to the microstructural behavior of a flocculated suspension were examined by using dynamic oscillatory measurements. Cement paste is assumed to be a constituent material of the lubrication layer and ten cases of mixing design are employed by changing the proportions of mineral admixtures. The relationship between the yield stress obtained from the steady shear test and the dynamic modulus resulted from the oscillatory shear measurement was derived and the implications of the correlation are discussed. Moreover, based on the investigation of the viscoelastic properties with oscillatory measurements, the initial behavior of pumped concrete was analyzed systematically.
Experimental and numerical study was done to confirm the effect of the flexible tube in pipeline on transient flow oscillation. Experiment was made for a pipeline with and without deformable flexible tube using a single pumping system of main stainless pipe. The wave speeds of main pipe and flexible tube were calculated from the pipe material properties, structures, and boundary conditions. Time dependent pressure fluctuations were calculated for the pipeline using the simple and the Kelvin-Voigt viscoelastic models for the deformation of main pipe and flexible tube. Pressure calculated by the Kelvin-Voigt viscoelastic model showed better agreement with measured one than pressure by the simple model. Experimental and numerical results show that the maximum pressure as well as amplitude of pressure oscillation was decreased by inserting short flexible tube in pipeline. Hence, inserted short flexible tube to pipeline was found to be effective for the suppression of strong pressure oscillation. Moreover, the wave speed in pipe was discussed based on numerical and experimental results.
In this study, nonlinear vibration and stability of a polymeric pipe reinforced by single-walled carbon naotubes (SWCNTs) conveying fluid-nanoparticles mixture flow is investigated. The Characteristics of the equivalent composite are determined using Mori-Tanaka model considering agglomeration effects. The surrounding elastic medium is simulated by orthotropic visco-Pasternak medium. Employing nonlinear strains-displacements, stress-strain energy method the governing equations were derived using Hamilton's principal. Differential quadrature method (DQM) is used for obtaining the frequency and critical fluid velocity. The influence of volume percent of SWCNTs, agglomeration, geometrical parameters of pipe, viscoelastic foundation and fluid velocity are shown on the frequency and critical fluid velocity of pipe. Results showed the increasing volume percent of SWCNTs leads to higher frequency and critical fluid velocity.
Soares, Alexandre K.;Covas, Didia I.C.;Ramos, Helena M.;Reis, Luisa Fernanda R.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.4
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pp.269-277
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2009
The current paper focuses on the analysis of transient cavitating flow in pressurised polyethylene pipes, which are characterized by viscoelastic rheological behaviour. A hydraulic transient solver that describes fluid transients in plastic pipes has been developed. This solver incorporates the description of dynamic effects related to the energy dissipation (unsteady friction), the rheological mechanical behaviour of the viscoelastic pipe and the cavitating pipe flow. The Discrete Vapour Cavity Model (DVCM) and the Discrete Gas Cavity Model (DGCM) have been used to describe transient cavitating flow. Such models assume that discrete air cavities are formed in fixed sections of the pipeline and consider a constant wave speed in pipe reaches between these cavities. The cavity dimension (and pressure) is allowed to grow and collapse according to the mass conservation principle. An extensive experimental programme has been carried out in an experimental set-up composed of high-density polyethylene (HDPE) pipes, assembled at Instituto Superior T$\acute{e}$cnico of Lisbon, Portugal. The experimental facility is composed of a single pipeline with a total length of 203 m and inner diameter of 44 mm. The creep function of HDPE pipes was determined by using an inverse model based on transient pressure data collected during experimental runs without cavitating flow. Transient tests were carried out by the fast closure of the ball valves located at downstream end of the pipeline for the non-cavitating flow and at upstream for the cavitating flow. Once the rheological behaviour of HDPE pipes were known, computational simulations have been run in order to describe the hydraulic behaviour of the system for the cavitating pipe flow. The calibrated transient solver is capable of accurately describing the attenuation, dispersion and shape of observed transient pressures. The effects related to the viscoelasticity of HDPE pipes and to the occurrence of vapour pressures during the transient event are discussed.
In the current flow visualization studies, the role of non-Newtonian characteristics (such as shearra to dependent viscosity and viscoelasticity ) on flow behavior across the sudden ex- pansion step in a circular pipe as a model for blood flow experiments is investigated over a wide range of Reynolds numbers. The expansion ratios tested are 2.000 and 2.667 and the range of the Reynolds number covered in the current flow visualization tests are 10~35, 000 based on the inlet. diameter. The reattachment longuEs for the viscoelastic fluids in the lami- nar flow regime are found to be much shorter than those for the Newtonian fluid. In addition it decreases significantly with increasing concentration of viscoelastic fluids at the same Reynolds number. However, in the turbulent flow regime, the reattachment length for the viscoelastic fluids Is two or three times longer than those for water, and gradually increases with increasing concentration of viscoelastic solutions, resulting In 25 and 28 step-height dis- tances for 500 and 1, 000 lpm ployacrylamide solutions, respectively. This may be due to the fact that the elasticity in pobacrylamide solutions suppresses the eddy motion and controls separation and reattachment behavior in the sudden expansion pips flow.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.1
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pp.45-54
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1993
The reattachment lengths of the Non-Newtonian fluid are investigated in the sudden expansion pipes whose ratios are 2.316 and 3.368, and the range of the Reynolds numbers is 100-30000. The reattachment lengths for the viscoelastic fluid in the laminar flow region are found to be much shorter than those of the Newtonian fluid, and decrease significantly with the increase of the concentration of viscoelastic fluid is two or three times longer than those of water, and gradually increases with the increase of the concentration of viscoelastic fluid.
Transactions of The Korea Fluid Power Systems Society
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v.3
no.2
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pp.21-26
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2006
With the increasing concerns on noise and vibration in hydraulic fluid power systems, it is important to find better way to reduce noise and vibration. In this study, the authors survey former researches on hose(viscoelastic tube) modeling in advance. And a summary of several existing methods for measuring the speed of sound in the fluid in pipes is presented. Their basic principles, advantages and limitations are compared. And The authors suggest a far simple identification procedure to obtain wave speed in hose by just using an experimental pressure data for the object tube with hose. In the new procedure, flow in hose is basically modeled by transfer matrix method, and wave speed in hose is obtained as data in frequency series. The wave speed in hose as data in frequency series will be used to compute the pressure pulsation attenuation in hydraulic pipe systems. The computed results are compared with the experimental ones, and the validity of the new procedure to obtain wave speed in hose is confirmed
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[게시일 2004년 10월 1일]
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