The design and investigation of nanocomposites containing dimeric nematogens and liquid crystal gold nanoparticles with plasmonic properties showing a nematic-nematic phase transition (Nᵤ-Nₓ/Ntb)

The construction of liquid crystal compositions consisting of the dimeric liquid crystal, CB_C9_CB (cyanobiphenyl dimer = 1",9"-bis(4-cyanobiphenyl-4'-yl)nonane), and the range of nematic systems is explored. The materials include a laterally functionalized monomer, which was used to construct a phase diagram with CB_C9_CB, as well as one laterally linked dimer liquid crystal material and two liquid crystal gold nanoparticle (LC-Au-NPs) systems. For the Au-NP-LCs, the NP diameters were varied between ~3.3 nm and 10 nm. Stable mixtures that exhibit a nematic-nematic phase transition are reported and were investigated by POM (polarizing optical microscopy), DSC (differential scanning calorimetry) and X-ray diffraction studies

Secondary instability of Mack mode disturbances in hypersonic boundary layers over micro-porous surface

In laminar hypersonic boundary layers, it is known that secondary instability plays a crucial role in transition to turbulence. The secondary instability usually includes the fundamental mode, the subharmonic mode, and the detuned mode. Considerable research exists on the secondary instability mechanism in hypersonic boundary layers with the smooth wall condition. The topic of using micro-porous surfaces for disturbance stabilization has recently drawn interest. The stabilization and, thus, a possible delay in the transition arise due to a reduction in the growth rate of the primary Mack mode by the porous surface. This paper focuses on investigating whether the secondary instability mechanism of Mack modes can also be affected by a surface porosity condition. It is known that the primary Mack mode linear disturbances are changed significantly on the porous surface, and how it subsequently influences the secondary instability of the modified time varying basic flow is our concern. The analysis demonstrates that on the porous surface, as the amplitude of the primary Mack mode increases, the fundamental mode is not stable. Instead, the fundamental mode amplifies rapidly with increasing primary amplitudes. At larger secondary instability spanwise wavenumbers, when the primary amplitude exceeds a certain threshold value, the fundamental modes surpass the subharmonic modes and dominate the secondary instability. However, when the spanwise wavenumber is relatively small, especially at the spanwise wavenumber corresponding to the maximum growth rate of the subharmonic mode, the fundamental modes are weakened and lose their dominant position. We find that corresponding to different amplitudes of primary Mack mode disturbances affected by the porosity parameters, there are no strongly preferred interaction modes that dominate the secondary instability; this contrasts with smooth wall findings. We further find that the larger the pore size or porosity, the more severe the suppression of the fundamental mode

Comprehensive Evaluation of a High-Temperature Resistant Re-Crosslinkable Preformed Particle Gel for Water Management

Gel treatment has been widely applied to control conformance for improving oil recovery and control water production in mature oil fields. However, most of the hydrogel systems are limited when being applied in the harsh environments of high temperatures. A systematic evaluation was conducted in this study to evaluate a modified PPG product, the high temperature resistant re-crosslinkable preformed particle gel (HT-RPPG) which can re-crosslink to form a bulky material and keep thermostable in the large-opening features after placement. This material was developed to overcome the limitations of conventional PPGs in the reservoirs with large- opening features such as open fractures, void conduits, wormholes, and so on. The HT-RPPG can swell up to 18 times of its original size at room temperature (23˚C), and the swelling ratio is independent of brine concentration and types. We conducted a series of experiments to evaluate the effect of particle size, temperatures, swelling ratios, brine types on re-crosslinking time, as well as the gel strength, blocking performance and thermostability after re-crosslinking. Smaller particle sizes result in the HT-RPPGs swell and re-crosslink much faster. Higher temperatures increase the swelling and re-crosslinking rate, while the larger swelling ratios (more feeding brine) can slow down the re-crosslinking time. HT-RPPG re-crosslinking process can be delayed when the particles contact with Ca2+. Additionally, the re-crosslinking of HT-RPPG is a temperature-responsive reaction which can only start after reaching the target temperature of 100 °C or above. The HT-RPPG has kept its volume and strength stable at 100 to 130 °C for over 10 months so far. A blocking performance test was conducted by using the tubing model to simulate void-space conduit (VSC), and breakthrough pressure reached to 427 psi/ft

A Narrow Linewidth Singly Resonant ZGP OPO for Multiple Lidar Applications

A singly resonant, injection seeded Zinc Germanium Phosphide (ZGP) optical parametric oscillator (OPO), capable to tune over 4.3-10.1 microns, is demonstrated. This ZGP OPO uses a bow-tie cavity with a partially reflective mirror for injection seeding at the signal wavelength. The injection seed source can be either a continuous wave 3.39 m laser or a tunable near-infrared OPO laser, which provides wide wavelength tuning capability. The injection seeded ZGP OPO narrows the idler wavelength linewidth to less than 1nm, limited by the measurement resolution of the monochromator. This device has potential to be used as a transmitter for multiple purpose lidar applications

γ -soft rotor with configuration mixing in the O(6) limit of the interacting boson model

To describe obvious intruder states and nonzero quadrupole moments of γ-soft nuclei such as Pt194, a rotor extension plus intruder configuration mixing with 2n-particle and 2n-hole configurations from n=0 up to n→ in the O(6) (γ-unstable) limit of the interacting boson model is proposed. It is shown that the configuration mixing scheme keeps the lower part of the γ-unstable spectrum unchanged and generates the intruder states due to the mixing. It is further shown that almost all low-lying levels below 2.17 MeV in Pt194 can be well described by modifying the O(6) quadrupole-quadrupole interaction into an exponential form. The third-order term needed for a rotor realization in the interacting boson model seems necessary to produce nonzero quadrupole moments with the correct sign

Application of exponential functions in weighted residuals method in structural mechanics. Part II: static and vibration analysis of rectangular plate

Дослідження є продовженням наших зусиль щодо застосування спеціально побудованих наборів послідовних експоненціальних функцій як пробних (базисних) функцій в методі зважених нев’язок (МЗН) на прикладі класичних задач конструкційної механіки. Стаття не направлена на отримання нових результатів, а присвячена обґрунтуванню ефективності запропонованого методу. Розглядаються статична деформація та вільні коливання ізотропної тонкостінної квадратної пластини. Особливістю роботи є вибір вагових (перевірочних) функцій втрьох варіантах: як пробних функцій (метод Гальоркіна, МГ); як функцій, що є результатом застосування диференціального оператора до пробних функцій (метод найменших квадратів, МНК); як функцій, які є добутком других похідних від пробних функцій по x і y (метод моментів, ММ). Розв’язок будується як добуток двох незалежних множин функцій відносно координат x та y. Кожна множина є комбінацією п'яти послідовних експоненціальних функцій, де перший коефіцієнт дорівнює 1, а чотири інші коефіцієнти визначаються з граничних умов на протилежних сторонах пластини. Довільним параметром в методі є коефіцієнт масштабування в показниках, розумний діапазон якого ретельно досліджено і показано його вплив на результати. Статична деформація досліджена на прикладі простої шарнірно-опертої пластини, коли зовнішнє навантаження або симетричне і зосереджене поблизу центру пластини, або зміщене від центра добудь-якої кутової точки. Продемонстровано, що результати сходяться до точного рішення швидше, ніж у класичному методі Нав'є. ММ та МНК дають кращу точність при визначенні згинаючих моментів, ніж МГ. Запропонований метод застосований до аналізу вільних коливань пластини, точність результатів визначення власних частот є відмінною навіть при невеликій кількості членів ряду. Проаналізовано порівняно складний випадок – вільні коливання защемленої на всіх сторонах пластини, досягнуто дуже хороших результатів щодо ефективності та точності.The paper is continuation of our efforts on application of the properly constructed sets of exponential functions as the trial (basic) functions in weighted residuals method, WRM, on example of classical tasks of structural mechanics. The purpose of thispaper is justification of new method’s efficiency as opposed to getting new results. So, static deformation and free vibration of iso-tropic thin – walled plate are considered here. Another peculiarity of paper is choice of weight (test) functions, where three options are investigated: it is the same as trial one (Galerkin method); it is taken as results of application of differential operator to trial function (least square method); it equals to the second derivative of trial function with respect to both x and y coordinate (moment method). Solution is considered as product of two independent sets of functions with respect to x or y coordinates. Each set is the combination of five consequent exponential functions, where coefficient at first function is equal to one, and four other coefficients are to satisfy two boundary conditions at each opposite boundary. The only arbitrary value in this method is the scaling factor at exponents, the reasonable range of which was carefully investigated and was shown to have a negligible impact on results. Static deformation was investigated on example of simple supported plate when outer loading is either symmetrical and concentrated near the center or is shifted to any corner point. It was demonstrated that results converge to correct solution much quickly than in classical Navier method, while moment method seems to be a best choice. Then method was applied to free vibration analysis, andagain the accuracy of results on frequencies and mode shape were excellent even at small number of terms. At last the vibration of relatively complicated case of clamped-clamped plate was analyzed and very encouraged results as to efficiency and accuracy were achieved.Данное исследование является продолжением наших усилий по применению специально построенных наборов последовательных экспоненциальных функций как пробных (базисных) функций в методе взвешенных невязок (МВН) на примере классических задач структурной механики. Статья ненаправлена на получение новых результатов, а посвящена обоснованию эффективности предлагаемого метода. Рассматриваются статическая деформация и свободные колебания изотропной тонкостенной квадратной пластины. Особенностью работы является выбор весовых (поверочных) функций в трех вариантах: как пробных функций (метод Галеркина, МГ); как функций, являющихся результатом применения диффе-ренциального оператора к пробным функций (метод наименьших квадратов, МНК); как функций, являющихся произведениями вторых производных от пробных функций по x и y (методмоментов, ММ). Решение строится как произведение двух независимых множеств функций относительно координат x и y. Каждое множество представляет собой комбинацию пяти последовательных экспоненциальных функций, в которой первый коэффициент равен 1, а четыре другие коэффициента определяются из граничных условий на противоположных сторонах пластины. Произвольным параметром в методе является коэффициент масштабирования в показателях, разумный диапазон которого тщательно исследовался, и показано его влияние на результаты. Статическая деформация исследована на примере простой шарнирно-опертой пластины, когда внешняя нагрузка или симметрична и сосредоточена в близи центра пластины, или смещена от центра к произвольной угловой точке. Продемонстрировано, что результаты сходятся к точному решению быстрее, чем в классическом методе Навье. ММ и МНК дают лучшую точность при определении изгибающих моментов, чем МГ. Предложенный метод применен к анализу свободных колебаний пластины, точность результатов определения собственных частот является отличной даже при небольшом количестве членов ряда. Проанализированы сравнительно сложный случай - свободные колебания защемленной по всем сторонам пластины, достигнуты очень хорошие результаты по эффективности и точности

Application of exponential functions in weighted residuals method in structural mechanics. Part 1: axisymmetrical shell problem

Метод зважених нев’язок набув широкої популярності протягом останніх років, особливо завдяки застосуванню в методах скінчених елементів. Він полягає в наближеному виконанні диференціальних рівнянь, тоді як граничні умови мають виконуватись точно. Ця мета досягається правильним вибором множин пробних (базових) функцій, які дають нев’язки. Нев’язки множать навагові функції та мінімізують, інтегруючи по всій області задачі. Множина пробних і вагових функцій визначає особливість та переваги кожного конкретного методу. Найбільш популярним є вибір пробних і вагових функцій у вигляді тригонометричних або поліноміальних функцій. У двовимірних задачах часто використовуються так звані “балочні функції”, які є рішеннями більш простих одновимірних задач для балки. В даній методичній роботі ми досліджуємо можливість використання множин функцій, побудованих на послідовних експо-ненціальних функціях, які точно задовольняють граничним умовам. Метод досліджено на прикладі простої осесиметричної задачі оболонки, точне рішення якої відоме для будь-якого навантаження. Для кількох прикладів розподіленого або концентрованого навантаження запропонований метод порівнюється з аналогічним методом Нав'є, в якому використовуються тригонометричні функції. Також ретельно досліджується правильний вибір вагових функцій. Зазначається, що запропоновані множини симетричних чи антисиметричних експоненціальних функцій мають хорошу перспективу для застосування в більш складних задачах структурної механіки.Weighted residuals method gained a wide popularity during last years especially due to its application in finite element methods. Its goal is in approximate satisfaction of the governingfferential equations while boundary conditions are to be fulfilled exactly. This goal is achieved by the proper choice of the sets of so-called trial (basic) functions which give the residuals. Residuals are multiplied by weight functions and minimized by integration over the whole area of task. In fact, they determine the peculiarity and advantages of each particular method. Most popular is the choice of trial and weight (test) function as the trigonometric and polynomial functions. In 2D applications so-called “beam functions” are often used, which are solutions of much simpler 1D problems for beam. In this methodological paper we explore the possibility of using the sets of functions constructed on the consequent exponential func-tions, which satisfy boundary conditions. The method is investigated on example of very simple 1D axisymmetrical task for shell, where exact solution exists for any loading. For several examples of distributed or concentrated loading the proposed method is compared with similar Navier’s method, which is the expansion on trigonometric functions. Also the proper choice of weight functions is carefully investigated. It is noted, that proposed sets (symmetrical or asymmetrical) of exponential functions has a good perspective in applica-tion for more complicated problems in structural mechanics.Метод взвешенных невязок приобрел широкую популярность в последние годы, особенно благодаря применению в методах конечных элементов. Он состоит в приближенном выполнении дифференциальных уравнений, тогда как граничные условия должны выполняться точно. Эта цель достигается правильным выбором множества пробных (базовых) функ-ций, которые дают невязки. Невязки умножают навесовые функциии минимизируют, интегрируя по всей области задачи. Множество пробных и весовых функций определяет особенность и преимущества каждого конкретного метода. Наиболее популярным является выбор пробных и весовых функций в виде тригонометрических и липолиномиальных функций. Вдвумерных задачах часто используются так называемые "балочные функции", которые являются решениями более простых одномерных задач для балки. В данной методической работе мы исследуем возможность использования множеств функций, построенных на последовательных экспоненциальных функциях, которые точно удовлетворяют граничным условиям. Метод исследован на примере простой осесимметричной задачи оболочки, точное решение которой известно для любой нагрузки. Для нескольких примеров распределенной или концентрированной нагрузки предложенный метод сравн ивается с аналогичным методом Навье, в котором используются тригонометрические функции. Также тщательно исследуется правильный выбор весовых функций. Отмечается, что предложенные множества симметричных или антисимметричных экспоненциальных функций имеют хорошую перспективу для применения в более сложных задачах структурной механики