基于子集模拟的连续体结构可靠性拓扑优化全局方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51308459
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0804.结构工程
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

In order to effectively improve the computational efficiency and engineering applicability of the reliability based topology optimization, the project aims to develop the global reliability based topology optimization algorithm with both high efficiency and precision and to construct the general reliability based topology optimization software platform for engineering structure design. On the basis of the structural parameterized model, considering the uncertainties of engineering structure, directly integrating probability analysis and optimization design as single loop optimization strategy, combining with the variable density method of continuum topological optimization, the global reliability based topology optimization algorithm utilizing subset simulation is established to search the global topology optimal solution with a higher probability in the degradation low-dimensional feasible region of design variables and to raise the optimization efficiency. Based on the reliability techniques and topology optimization methods, integrating the proposed reliability based topology optimization based on subset simulation method, a general reliability based topology optimization software system should be constructed for general engineering structure. The design of aircraft wing can be used to validate the effectiveness and versatility of the reliability based topology optimization software system. The proposed method and software system have broad application in the field of aerospace, mechanical and many other structural systems. The project has important signification for improving the theory and arithmetic of reliability based topology optimization and obtaining the reasonable and feasible engineering implementation.
为了有效提高可靠性拓扑优化的计算效率及其在工程中的适用性,本项目旨在发展高效高精度的可靠性拓扑优化全局方法,并建立适合一般工程结构的可靠性拓扑优化软件平台。在结构参数化建模的基础上,考虑工程结构的不确定性因素,通过解除可靠性约束与拓扑优化设计的耦合性,结合连续体结构拓扑优化的变密度法,建立基于子集模拟的可靠性拓扑优化的全局求解方法,使其能以较高的概率在设计变量的维数退化成的低维可行域内搜索全局最优拓扑解,并且在一定程度上克服全局优化效率低的问题。基于传统的可靠性技术和拓扑优化设计方法,融合所提出的基于子集模拟的可靠性拓扑优化方法,编制通用性较好的可靠性拓扑优化软件,并采用所编制的通用软件系统对某型飞机机翼结构进行可靠性拓扑优化设计,以考核软件的有效性和通用性,使其能适用于宇航、机械等领域的结构设计中。本项目对完善可靠性拓扑优化的理论方法并得到合理可行的工程实现方案具有重要意义。

结项摘要

考虑在可靠性拓扑优化中的高维设计变量问题,采用多种全局灵敏度指标来有效确定重要变量,进而降低变量的维数。并在此基础上考虑了基于泛函的上下限分析以及适用于混合变量情况的重要测度指标。针对复杂连续体结构力学性能分析过程中的隐式、非线性函数问题,先进的模型替代技术可用于高效地求解输入与输出响应之间的函数关系,并进行模型确认。研究的重点体现在基于GMDH方法的模型替代,包括GMDH-NN和GMDH-HDMR。飞机机翼的气动弹性可靠性优化设计与常规确定性优化设计的对比分析,证实了对结构进行可靠性优化的必要性。在结构参数化建模的基础上,考虑工程结构的不确定性因素,通过解除可靠性约束与拓扑优化设计的耦合性,结合连续体结构拓扑优化的变密度法,建立基于子集模拟的可靠性拓扑优化的全局求解方法,以较高的概率在设计变量的维数退化成的低维可行域内搜索全局最优拓扑解,并且在一定程度上克服全局优化效率低的问题。基于传统的可靠性技术和拓扑优化设计方法,融合基于子集模拟的可靠性拓扑优化方法,编制适合一般工程结构的可靠性拓扑优化系统,以桁架结构、板壳结构、复杂连续体结构为例,验证方法及其程序的可行性及正确性,并对某型飞机机翼结构进行可靠性拓扑优化设计,以考核程序的有效性和通用性,使其能适用于宇航、机械等领域的结构设计中。本项目对完善可靠性拓扑优化的理论方法并得到合理可行的工程实现方案具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(1)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(2)
专利数量(0)
基于偏导数的Sobol’总测度指标的上下限分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国机械工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋述芳;周桐;吕震宙
  • 通讯作者:
    吕震宙
概率安全评估和可靠性分析中故障树的重要度分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    系统工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋述芳;王璐
  • 通讯作者:
    王璐
相关变量的矩独立灵敏度分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Applied Mathematical Modelling
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    吕震宙;胡吉祥;张磊刚;宋述芳
  • 通讯作者:
    宋述芳
翼型跨声速气动特性的不确定性及全局灵敏度分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    肖华;张伟伟;宋述芳;吕震宙
  • 通讯作者:
    吕震宙
模型替代方法在优化设计中的应用对比分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国工程机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋述芳;樊维超;吕震宙
  • 通讯作者:
    吕震宙

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其他文献

含有正态相关变量的多设计点/多失效模式情况下的方向抽样可靠性灵敏度分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    航空学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吕震宙;宋述芳
  • 通讯作者:
    宋述芳
非正态变量可靠性分析的鞍点线抽样方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    固体力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋述芳;吕震宙
  • 通讯作者:
    吕震宙
机翼气动弹性的随机不确定性分析研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    振动工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋述芳;乔红威;张伟伟;吕震宙;叶正寅
  • 通讯作者:
    叶正寅
截断正态分布情况下失效概率计算的截断重要抽样法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吕震宙;池巧君;宋述芳
  • 通讯作者:
    宋述芳
随机机翼结构阵风响应的分布函数及灵敏度分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    航空学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    叶正寅;宋述芳;吕震宙;张伟伟
  • 通讯作者:
    张伟伟

其他文献

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宋述芳的其他基金

流场伴随向量的机器学习与气动优化设计研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    55 万元
  • 项目类别:
    面上项目
流场伴随向量的机器学习与气动优化设计研究
  • 批准号:
    12272316
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    55.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目

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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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