面向多孔点阵材料与结构动力学特性分析的等几何流形元法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11602004
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0807.复合材料与结构力学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Periodic and porous lattice material and structure, as high-strength and light-weight multifunctional material, is of great potential applications, and thus are widely used in high-tech fields such as aerospace and warship/submarine fields at home and abroad. During the service, the lattice materials and structures inevitably endure dynamic loads such as vibration and impact. Therefore, to predict the dynamic characteristics of lattice materials and structures efficiently, the study of calculation method is of great scientific significance and application value. With the demand of structural dynamic characteristics analysis and optimization design of lattice materials and structures, and avoiding that current methods cannot predict the structural frequency and strength of lattice structures effectively, this project is proposed to develop novel and efficient isogeometric manifold method to analyze the dynamic characteristics of lattice materials and structures. In this project, theoretical derivation, numerical calculation and confirmatory experiments are employed for the analysis to obtain the final numerical model of dynamic characteristics analysis of porous lattice material and structure. For the efficient dynamic analysis of lattice material and structure, new isogeometric manifold elements, mesh generation technique and the solving of dynamic equilibrium equations are studied to form the theory of isogeometric manifold method. New method can provide a novel and efficient tool for the prediction of dynamic characteristics and structural optimization design of lattice material and structure.
具有周期性和多孔性的点阵材料与结构,是极具应用潜力的轻质高强多功能材料,在国内外航空航天、舰船/潜艇等诸多高科技领域受到了广泛关注与应用。点阵结构在服役过程中,不可避免的承受振动、冲击等动态载荷,研究其动力学特性高效预测的计算方法具有重要的科学意义和应用价值。本项目基于点阵材料与结构动力学特性分析与结构优化设计的需求,针对现有方法无法准确并高效预测多孔点阵结构频率、强度等动力学特性的问题,发展适用于点阵材料与结构动力学特性高效分析的等几何流形元法。项目采用理论推导、数值计算和验证性实验相结合的方法,开展针对点阵结构高效分析的等几何流形单元、网格划分与动力学方程求解的研究,最终获得多孔点阵材料与结构动力学特性分析的数值计算模型,据此形成点阵结构动力学特性分析的等几何流形元理论,实现对点阵结构动力学特性的高效准确分析,最终为多孔点阵材料与结构的动力学特性预测与优化设计提供理论基础和技术支撑。

结项摘要

具有周期性和多孔性的点阵材料与结构,是极具应用潜力的轻质高强多功能材料,在国内外航空航天、舰船/潜艇等诸多高科技领域受到了广泛关注与应用。点阵结构在服役过程中,不可避免的承受振动、冲击等动态载荷,研究高性能的点阵结构以及其动态特性与高效的数值仿真分析方法具有重要的科学与应用价值。本项目主要研究了新型点阵结构的静动态特性,对适用于点阵结构数值分析的计算方法开展了系统的研究。在项目资助下,课题组设计了新型的二维与三维的轻质承载点阵结构,并通过增材制造技术制备了性能可靠的点阵结构,验证了设计的可行性。尤其对于三维点阵结构,通过样条插值的方式修正了点阵结构的设计,优化静动力学特性的同时,得到了该点阵结构的网格生成技术,发展了点阵结构的数值仿真技术。新型二维与三维点阵结构在轻量化水平与承载特性方面较传统结构具有明显优势,可为点阵结构在航空航天轻量化结构中的应用奠定基础。课题组还提出了新型三维手性多功能点阵结构的设计方法,给出了其细观本构模型与高精度数值计算方法,开展了实验表征研究,验证了新型结构特有的拉扭耦合特性。针对点阵结构或复杂拓扑结构的动力学分析,课题组开展高精度数值计算方法的研究,针对等几何单元与有限元单元的动力学时域分析开展了研究,获得了高精度的数值计算方法,可为点阵结构的动力学特性高精度计算提供直接的仿真分析技术。在项目资助下,课题组在Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Composite Structures, Extreme Mechanics Letters, International Journal of Mechanical Science, Computers & Structures, Computational Mechanics等期刊上发表SCI论文14篇,申请发明专利2项。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(0)
Mechanical properties and energy absorption of 3D printed square hierarchical honeycombs under in-plane axial compression
面内轴向压缩下3D打印方形分层蜂窝的力学性能和能量吸收
  • DOI:
    10.1016/j.compositesb.2019.107219
  • 发表时间:
    2019-11-01
  • 期刊:
    COMPOSITES PART B-ENGINEERING
  • 影响因子:
    13.1
  • 作者:
    Tao, Yong;Li, Weiguo;Fang, Daining
  • 通讯作者:
    Fang, Daining
Three dimensional lightweight lattice structures with large positive, zero and negative thermal expansion
具有大正、零和负热膨胀的三维轻质晶格结构
  • DOI:
    10.1016/j.compstruct.2018.01.030
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Composite Structures
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Wei Kai;Peng Yong;Wang Kaiyu;Duan Shengyu;Yang Xujing;Wen Weibin
  • 通讯作者:
    Wen Weibin
A quartic B-spline based explicit time integration scheme for structural dynamics with controllable numerical dissipation
基于四次B样条的可控数值耗散结构动力学显式时间积分方案
  • DOI:
    10.1007/s00466-016-1352-5
  • 发表时间:
    2017-03
  • 期刊:
    Computational Mechanics
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Wen;W. B.;Duan;S. Y.;Yan;J.;Ma;Y. B.;Wei;K.;Fang;D. N.;Duan S. Y.;Ma Y. B.;Fang D. N.;Wen W. B.;Yan J.;Wei K.;Wen WB
  • 通讯作者:
    Wen WB
Enhanced out-of-plane compressive strength and energy absorption of 3D printed square and hexagonal honeycombs with variable-thickness cell edges
具有可变厚度单元边缘的 3D 打印方形和六边形蜂窝的增强面外压缩强度和能量吸收
  • DOI:
    10.1016/j.eml.2017.09.016
  • 发表时间:
    2018-01-01
  • 期刊:
    EXTREME MECHANICS LETTERS
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Duan, Shengyu;Tao, Yong;Fang, Daining
  • 通讯作者:
    Fang, Daining
A quadratic b-spline based isogeometric analysis of transient wave propagation problems with implicit time integration method
基于二次b样条的隐式时间积分法瞬态波传播问题等几何分析
  • DOI:
    10.1016/j.apm.2018.01.031
  • 发表时间:
    2018-07
  • 期刊:
    Applied Mathematical Modelling
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Wen Weibin;Wei Kai;Duan Shengyu;Ma Yongbin;Fang Daining
  • 通讯作者:
    Fang Daining

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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