The drag and heat transfer reduction phenomena and degradation effects of drag reducing polymer solutions which are known as the viscoelastic fluids are investigated experimentally for the turbulent circular tube flows. Two stainless steel tubes are used for the experimental flow loops. Aqueous solutions of Polyacrylamide Separan AP-273 with concentrations from 300 to 1000 wppm are used as working fluids. Flow loops are set up to measure the friction factors and heat transfer coefficients of test tubes in the once-through system and the recirculating flow system. Test tubes are heated by power supply directly to apply constant heat flux boundary conditions on the wall. Capillary tube viscometer and falling ball viscometer are used to measure the viscous characteristics of fluids and the characteristic relaxation time of a fluid is determined by the Powell-Eyring model. The order of magnidude of the thermal entrance length of a drag reducing polymer solution is close to the order of magnitude of the laminar entrance length of Newtonian fluids. Dimensionless heat transfer coefficients of the viscoelastic non-Newtonian fluids may be represented as a function of flow behavior index n and newly defined viscoelastic Graetz number. As degradation continues viscosity and the characteristic relaxation time of the testing fluids decrease and heat transfer coefficients increase. The characteristic relaxation time is used to define the Weissenberg number and variations of friction factors and heat transfer coefficients due to degradation are presented in terms of the Weissenberg number.
Grains display characteristics of both elastic bodies and viscous fluids when they are subjected to mechanical treatments in harvesting, handling, and processing. This viscoelastic behavior of grains when mechanically stressed must be fully understood to establish maximum machine efficiency and have a minimum degree of grain damage and the highest quality of the final product. The studies were conducted to examine the effect of the moisture content, the loading rate and the initial deformation on the stress relaxation behavior of whole kernel of rough rice, and develop the rheological model to represent its stress relaxation behavior. The following results were obtained from the study. 1. Moisture content had the greatest influence on the initial portion of the relaxation curve. With elapsing time the lower moisture content resulted in the lower residual stress for the Japonica-type rough rice and vice versa for the Indica-type rough rice. But within the ranges of moisture content tested, the degree of stress relaxation per unit strain on the Indica-type rough rice was a little higher than those on the Japonica-type rough rice. 2. The slower loading rate resulted in less initial stress. The decreasing trend of residual stress for all the samples tested with increasing loading rate was shown. 3. The higher initial deformation for all the samples resulted in less initial stress. The increasing of amount of stress relaxation per unit strain with increase of initial stress indicated that viscoelastic properties of rough rice depended not only upon duration of load applied but also initial stress applied. This means that rough rice is nonlinear viscoelastic material. 4. The compression stress relaxation properties of rough rice kernel can be described by a generalized Maxwell model representing by the Maxwell elements.
Numerical simulation of coextrusion process of viscoelastic fluids within a die has been carried out. In the coextrusion process velocity profile at the outflow boundary is not known a priori, which makes it difficult to impose the proper boundary condition at the outflow boundary. This difficulty has been avoided by using the open boundary condition (OBC) method. In this study, elastic viscous stress splitting (EVSS) formulation with streamline upwind (SU) method has been used in the finite element method. In order to test the validity of the OBC method, comparison between the results of fully developed condition at the outlet and those of OBC has been made for a Newtonian fluid. In the case of upper convected Maxwell (UCM) fluid, the effect of outflow boundary condition on the interface position has been investigated by using two meshes having different downstream lengths. In both cases, the results with the OBC method showed reasonable interface shape. In particular, for the UCM fluid the interface shape calculated with OBC was independent of the downstream length, while the results with the zero traction condition showed oscillation of interface position close to the outlet. Viscosity difference was found to be more important than elasticity difference in determining the final interface position. However, the overshoot of interface position near the con-fluent point increased with elasticity.
A new numerical algorithm of finite element methods is presented to solve high Deborah number flow problems with geometric singularities. The steady inertialess planar 4 : 1 contraction flow is chosen for its test. As a viscoelastic constitutive equation, we have applied the globally stable (dissipative and Hadamard stable) Leonov model that can also properly accommodate important nonlinear viscoelastic phenomena. The streamline upwinding method with discrete elastic-viscous stress splitting is incorporated. New interpolation functions classified as rational interpolation, an alternative formalism to enhance numerical convergence at high Deborah number, are implemented not for the whole set of finite elements but for a few elements attached to the entrance comer, where stress singularity seems to exist. The rational interpolation scheme contains one arbitrary parameter b that controls the singular behavior of the rational functions, and its value is specified to yield the best stabilization effect. The new interpolation method raises the limit of Deborah number by 2∼5 times. Therefore on average, we can obtain convergent solution up to the Deborah number of 200 for which the comer vortex size reaches 1.6 times of the half width of the upstream reservoir. Examining spatial violation of the positive definiteness of the elastic strain tensor, we conjecture that the stabilization effect results from the peculiar behavior of rational functions identified as steep gradient on one domain boundary and linear slope on the other. Whereas the rational interpolation of both elastic strain and velocity distorts solutions significantly, it is shown that the variation of solutions incurred by rational interpolation only of the elastic strain is almost negligible. It is also verified that the rational interpolation deteriorates speed of convergence with respect to mesh refinement.
This paper assesses efficiency of the continuum method as the idealized system of building structures. A modified Coupled Two-Beam (CTB) model equipped with classical and non-classical damping has been proposed and solved analytically. In this system, complementary (non-classical) damping models composed of bending and shear mechanisms have been defined. A spatial shear damping model which is non-homogeneously distributed has been adopted in the CTB formulation and used to equivalently model passive dampers, viscous and viscoelastic devices, embedded in building systems. The application of continuum-based models for the dynamic analysis of shear wall systems has been further discussed. A reference example has been numerically analyzed to evaluate the efficiency of the presented CTB, and the optimization problems of the shear damping have been finally ascertained using local and global performance indices. The results reveal the superior performance of non-classical damping models against the classical damping. They show that the critical position of the first modal rotation in the CTB is reliable as the optimum placement of the shear damping. The results also prove the good efficiency of such a continuum model, in addition to its simplicity, for the fast estimation of dynamic responses and damping optimization issues in building systems.
The aim of this paper is to develop a procedure able to calculate the long-term stress and strain patterns in modern prestressed composite structures which are largely influenced by creep and shrinkage and whose final static configuration is the result of many phases of loading and restraints conditions. The introduction of equivalent moduli, depending on the viscous and elastic features of materials, can guarantee a significant simplification of the problem presented above. The proposed calculation model has been used to design the "Quattroquercie Viaduct" located on the highway "A3" Salerno-Reggio Calabria, Italy.
한국고분자학회 2006년도 IUPAC International Symposium on Advanced Polymers for Emerging Technologies
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pp.346-346
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2006
Several types of dynamic atomic force microscopy such as tapping-mode, force modulation-mode are commonly cooperated by phase-contrast imaging techniques, which were interpreted as elastic contrast by mistake in the past and are nowadays regarded as the representation of energy dissipative processes. However, as theoretically reported, the situation is not so simple when the strong adhesive interaction is involved. Furthermore, elastic and viscous contributions are not easily divided in the case of polymeric systems. Thus, the interpretation of image contrast for them must be very carefully treated. In this study, we will demonstrate how such contrast mechanisms are complicated, using several miscible and immiscible polymer blend systems as model samples.
Kim, Hyeong-Gook;Yoshitomi, Shinta;Tsuji, Masaaki;Takewaki, Izuru
Earthquakes and Structures
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제3권1호
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pp.59-81
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2012
A ductility inverse-mapping method for SDOF systems including passive dampers is proposed which enables one to find the maximum acceleration of ground motion for the prescribed maximum response deformation. In the conventional capacity spectrum method, the maximum response deformation is computed through iterative procedures for the prescribed maximum acceleration of ground motion. This is because the equivalent linear model for response evaluation is described in terms of unknown maximum deformation. While successive calculations are needed, no numerically unstable iterative procedure is required in the proposed method. This ductility inverse-mapping method is applied to an SDOF model of bilinear hysteresis. The SDOF models without and with passive dampers (viscous, viscoelastic and hysteretic dampers) are taken into account to investigate the effectiveness of passive dampers for seismic retrofitting of building structures. Since the maximum response deformation is the principal parameter and specified sequentially, the proposed ductility inverse-mapping method is suitable for the implementation of the performance-based design.
본 연구에서는 Rheometrics Fluids Spectrometer(RFS II)를 사용하여 세 종류의 상용 반고형 식품(마요네즈, 토마토 케찹, 와사비)의 정상유동특성 및 소진폭 전단변형하에서의 동적 점탄성을 광범위한 전단속도와 각주파수 영역에서 측정하였다. 이들 측정결과로부터 정상유동특성의 전단속도 의존성 및 동적 점탄성의 각주파수 의존성을 보고하였다. 그리고 항복응력의 항을 갖는 몇 가지 점소성 유동모델을 사용하여 정상유동특성을 정량적으로 평가하고 이들 모델의 적용성을 비교.검증하였다. 나아가서 수정된 형태의 지수법칙 관계식을 도입하여 정상유동특성(비선형 거동)과 동적 점탄성(선형 거동)간의 상관관계에 대해 검토하였다. 이상의 연구를 통해 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 반고형 식품류는 상당한 크기의 항복응력을 갖는 점소성 물질로서 전단속도가 증가할수록 정상류점도가 급격히 감소하는 shear-thinning 거동을 나타낸다. (2) Herschel-Bulkley 모델, Mizrahi-Berk 모델 및 Heinz-Casson 모델은 반고형 식품류의 정상유동거동을 잘 기술할 수 있다. 이들 중에서도 Heinz-Casson 모델이 가장 우수한 적용성을 갖는다 (3) 반고형 식품류는 임계 전단속도를 경계로 shear-thinning 특성이 변화한다. 즉 낮은 전단속도에 비해 높은 전단속도 영역에서 분산입자 응집체의 구조파괴가 더욱 활발하게 진행되어 보다 현저한 shear-thinning 특성을 나타낸다. (4) 저장 탄성률 및 손실탄성률은 양자 모두 각주파수가 증가할수록 점차로 증가하나 각주파수 의존성은 그다지 크지 않다. 또한 광범위한 각주파수 영역에서 탄성적 성질이 점성적 성질에 비해 보다 우세하게 나타난다. (5) 정상류점도, 동적점도 및 복소점도는 모두 power-law 모델의 거동을 잘 만족한다. 또한 정상유동특성과 동적 점탄성간의 상관관계는 수정된 형태의 지수법칙 관계식에 의해 잘 기술될 수 있다.
This paper presents a rigid-plastic finite element method to handle the frictional contact problem between two deformable bodies experiencing large deformation. The variational formulation combined with incremental quasi-static model is employed for treating the contact boundary condition. The frictional behavior of the model obeys Coulomb's law of friction. The proposed contact algorithms are classified into two categories, one for searching contacting nodes and the other for calculating contact forces at the contact surface. A slave node and master contact segment are defined using the geometric condition of finite elements on the contact interface. The penalty parameter is used to limit the penetration between contacting bodies, and the finite elements are coupled with contact boundary elements.us gates and cavity thicknesses. Through this study we have observed that the jetting is related to the die swell of material. This means that the jotting is strongly affected by the elastic flow property rather than the viscous flow property in viscoelastic characteristics of molten polymer. Different resins have different elastic properties, and elastic flow behavior depends on the shear rate of flow, i.e. injection speed. Large die swell would eliminate jetting however, the retardation of die swell would stimulate jetting. In the point of mole design, reducing the thickness ratio of cavity to gate can reduce or eliminate jetting regardless of amount of elasticity of polymer melt.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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