Two methodologies for predicting thermal relaxation time of tissue subjected to pulsed laser irradiation is introduced by the calculation the optical penetration depth and by the investigation of the temperature diffusion behavior. First approach is that both x-axial and y-axial thermal relaxation times are predicted and they are superposed to achieve the thermal relaxation time (${\tau}_1$) for two-dimensional square tissue model. Another approach to achieve thermal relaxation time (${\tau}_2$) is measuring the time required for local temperature drop until $e^{-1}$ of the maximum laser induced heating.
Abbas, Ibrahim A.;Abdalla, Aboelnour;Sapoor, Hussien
Advances in materials Research
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v.11
no.2
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pp.111-120
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2022
A novel nonlocal model with one thermal relaxation time is presented to investigates the thermal damages and the temperature in biological tissues generated by laser irradiations. To obtain these models, we used the theory of the non-local continuum proposed by Eringen. The thermal damages to the tissues are assessed completely by the denatured protein ranges using the formulations of Arrhenius. Numerical results for temperature and the thermal damage are graphically presented. The effects nonlocal parameters and the relaxation time on the distributions of physical fields for biological tissues are shown graphically and discussed.
In this article, the problem of a two-dimensional thermoelastic half-space are studied using mathematical methods under the purview of the generalized thermoelastic theory with one relaxation time is studied. The surface of the half-space is taken to be thermally insulated and traction free. Accordingly, the variations of physical quantities due to by laser pulse given by the heat input. The nonhomogeneous governing equations have been written in the form of a vector-matrix differential equation, which is then solved by the eigenvalue approach. The analytical solutions are obtained for the temperature, the components of displacement and stresses. The resulting quantities are depicted graphically for different values of thermal relaxation time. The result provides a motivation to investigate the effect of the thermal relaxation time on the physical quantities.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.3
no.1
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pp.1-12
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1995
Isothermal and thermal-mechanical fatigue characteristics of 12Cr heat resisting steel used for high temperature applications were investigated including hold time effects. Isothermal low cycle fatigue test at $600^{\circ}C$ and in-phase, out-of-phase thermal-mechanical fatigue test at 350 to $600^{\circ}C$ were conducted using smooth cylindrical hollow specimen under strain-control with total strain ranges from 0.006 to 0.015. Regardless of thermal-mechanical and isothermal fatigue tests, cyclic softening behavior was observed and much more pronounced in the thermal-mechanical fatigue tests with hold times due to the stress relaxation during the hold time. The phase difference between temperature and strain in thermal-mechanical fatigue tests resulted in significantly shorter fatigue life for out-of-phase compared to in-phase. The differences in fatigue lives were dependent upon the magnitudes of plastic strain ranges and mean stresses. During the hold time in the strain-controlled fatigue tests, the increase in the plastic strain range and the stress relaxation were observed. It appeared that the increase in plastic strain range per cycle and the introduction of creep damage made important contributions to the reduction of thermal-mechanical fatigue life with hold time, and the life reduction tendency was more remarkable in the in-phase than in the out-of-phase thermal-mechanical fatigue. Isothermal fatigue tests performed under the combination of fast and slow strain rates at $600^{\circ}C$ showed that the fatigue life decreased as the strain rate and frequency decreased,especially for the low strain ranges.
Aatef D. Hobiny;Ibrahim A. Abbas;C Alaa A. El-Bary
Steel and Composite Structures
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v.48
no.6
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pp.641-648
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2023
In this article, we explore the issue concerning semiconductors half-space comprised of materials with varying thermal conductivity. The problem is within the framework of the generalized thermoelastic model under one thermal relaxation time. The half-boundary space's plane is considered to be traction free and is subjected to a thermal shock. The material is supposed to have a temperature-dependent thermal conductivity. The numerical solutions to the problem are achieved using the finite element approach. To find the analytical solution to the linear problem, the eigenvalue approach is used with the Laplace transform. Neglecting the new parameter allows for comparisons between numerical findings and analytical solutions. This facilitates an examination of the physical quantities in the numerical solutions, ensuring the accuracy of the proposed approach.
The wave nature of heat conduction has been developed in situations involving extreme thermal gradients, very short times, or temperatures near absolute zero. Under the excitation of a periodic surface heating in a finite medium, the hyperbolic and parabolic heat conduction equations and the damped wave equations in heat flux are presented for comparative analysis by using the Green's function with the integral transform technique. The Kummer transformation is also utilized to accelerate the rate of convergence of these solutions. On the other hand, the temperature distributions are obtained through integration of the energy conservation law with respect to time. For hyperbolic heat conduction, the heat flux distribution does not exist throughout all the region in a finite medium within the range of very short times(${\xi}<{\eta}_l$). It is shown that due to the thermal relaxation time, the hyperbolic heat conduction equation has thermal wave characteristics as the damped wave equation has wave nature.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.8
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pp.1165-1173
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2003
The effects of (1) phonon dispersion on thermal conductivity model and (2) differentiation of group velocity and phase velocity are examined for germanium. The results show drastic change of thermal conductivity regardless of the same relaxation time model. Also the contribution of transverse acoustic (TA) phonon and longitudinal acoustic (LA) phonon on the thermal conductivity at high temperatures is reassessed by considering more rigorous dispersion model. Holland model, which is commonly used for modeling thermal conductivity, underestimates the scattering rate for TA phonon at high frequency. This leads the conclusion that TA is dominant heat transfer mode at high temperatures. But according to the rigorous consideration of phonon dispersion, the reduction of thermal conductivity is much larger than the estimation of Holland model, thus the TA at high frequency is expected to be no more dominant heat transfer mode. Another heat transfer mechanism may exist at high temperatures. Two possible explanations we the roles of (1) Umklapp scattering of LA phonon at high frequency and (2) optical phonon.
In recent years, scientific community has found renewed interest in hypersonic flight research. These hypersonic vehicles undergo severe aero-thermal environment during their flight regimes. During reentry and hypersonic flight of these vehicles through atmosphere real gas effects come into play. The analysis of such hypersonic flows is critical for proper aero-thermal design of these vehicles. The numerical simulation of hypersonic real gas flows is a very challenging task. The present work emphasizes numerical simulation of hypersonic flows with thermal non-equilibrium. Hyperbolic system of equations with stiff relaxation method are identified in recent literature as a novel method of predicting long time behaviour of systems such as gas at high temperature. In present work, Energy Relaxation Method (ERM) has been considered to simulate the real gas flows. Navier-Stokes equations A numerical scheme Advection Upstream Splitting Method (AUSM) has been selected. Navier-Stokes solver along with relaxation method has been used for the simulation of real flow over a circular cylinder. Pressure distribution and heat flux over the surface of cylinder has been compared with experiment results of Hannemann. Present heat flux results over the cylinder compared well with experiment. Thus, real gas effects in hypersonic flows can be modeled through energy relaxation method.
This study developed an evaluation system to explore the effect of the environmental temperature on the stress redistribution produced by cable stress relaxation of structural members in a steel cable-stayed bridge. The generalized Maxwell model is used to estimate stress relaxation at different temperatures. The environmental temperature is represented using the thermal coefficients and temperature loads. The fmincon optimization function is used to determine the set of stress relaxation parameters at different temperatures for all cables. The ABAQUS software is employed to investigate the stress redistribution of the steel cable-stayed bridge caused by the cable stress relaxation and the environmental temperature. All of these steps are set up as an evaluation system to save time and ensure the accuracy of the study results. The developed evaluation system is then employed to investigate the effect of environmental temperature and cable type on stress redistribution. These studies' findings show that as environmental temperatures increased up to 40 ℃, the redistribution rate increased by up to 34.9% in some girders. The results also show that the cable type with low relaxation rates should be used in high environmental temperature areas to minimize the effect of cable stress relaxation.
The two-dimensional deformation of a homogeneous, isotropic thermoelastic half-space with voids with variable modulus of elasticity and thermal conductivity subjected to thermomechanical boundary conditions has been investigated. The formulation is applied to the coupled theory(CT) as well as generalized theories: Lord and Shulman theory with one relaxation time(LS), Green and Lindsay theory with two relaxation times(GL) Chandrasekharaiah and Tzou theory with dual phase lag(C-T) of thermoelasticity. The Laplace and Fourier transforms techniques are used to solve the problem. As an application, concentrated/uniformly distributed mechanical or thermal sources have been considered to illustrate the utility of the approach. The integral transforms have been inverted by using a numerical inversion technique to obtain the components of displacement, stress, changes in volume fraction field and temperature distribution in the physical domain. The effect of dependence of modulus of elasticity on the components of stress, changes in volume fraction field and temperature distribution are illustrated graphically for a specific model. Different special cases are also deduced.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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