开口曲筋板壳的承载机理及其优化研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11402049
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0806.材料和结构的优化设计、制造与可靠性
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Various types of cutouts are inevitable for thin-walled segments in aeronautic and astronautic constructions, which may result in varying degrees of reductions in axial load-carrying capacities. Accompanied with the developments of Chinese heavy lift launch vehicle and large aircraft, the design requirements of thin wall, large diameter, super lightweight become more crucial, thus it is very essential to carry out the study on more efficient design theory and methodology of cutout reinforcements. This proposal starts with the improvement of skin-stiffener load-carrying mechanism, combining with the design requirement of cutout reinforcements, and aims to develop a novel type of curvilinear stiffened panel configuration with local negative Poisson's ratio for thin-walled structures with cutouts, then increases the load-carrying capacity by exciting advantageous tension field and loading path. Based on numerical and experimental methods, the load-carrying mechanism of such structures will be revealed, and the influence rules of geometrical imperfections on load-carrying capacities will be studied. On this basis, with regard to the discontinuous feasible region of curvilinear stiffened panels with cutouts, a corresponding design space continuation method will be established. Then this proposal will further develop an efficient multi-variable optimization algorithm based on multilevel decomposition, aiming to deal with the optimization difficulties caused by the high nonlinearity of post-buckling behavior and largely increased number of variables, and finally achieve the integrated design of near field around the cutout and far field away from the cutout for curvilinear stiffened panels with cutouts. We expect to establish an optimization method of curvilinear stiffened panels with cutouts for typical segments of future vehicles, and promote more widespread utilization of curvilinear stiffened panels.
航空航天结构中的薄壁部段不可避免地需要各类开口,常造成结构轴压承载能力不同程度的折减。我国重型运载火箭和大飞机的薄壁、大直径和超轻等设计需求变得越发苛刻,十分有必要开展更为高效的开口补强设计理论与方法研究。本申请拟从改善局部蒙皮-筋条承载模式的角度出发,提出一种适合开口薄壁结构的具备局部负泊松比效应的曲筋板壳设计,通过激发有利张力场和传力路径来提高承载力。本申请拟采用数值和实验手段,揭示这类开口曲筋板壳的承载机理,分析几何缺陷对其承载性能的影响。在此基础上,面向开口曲筋板壳优化设计中的可行域不连通问题,建立相应的设计空间连续化方法。针对开口曲筋板壳后屈曲行为的高度非线性和控制变量激增所造成的优化困难,进一步开展多变量层次化高效优化算法研究,最终实现开口曲筋板壳结构的近口区-远口区一体化设计。我们希望通过本研究建立一套可用于未来飞行器典型部段的开口曲筋板壳优化方法,推动曲筋板壳的更广泛应用。

结项摘要

面向航空航天领域中常见的开口薄壁结构,建立了曲筋加强型开口薄壁结构优化设计体系,突破了设计空间不连续、单次分析耗时过长等瓶颈问题,建立了基于渐进均匀等效的曲筋板壳快速后屈曲模型,阐明了局部负泊松比效应对开口结构承载性能的影响规律。主要的学术贡献包括:.1)从改善蒙皮-筋条承载模式的角度出发,自主提出了一种具备局部负泊松比效应的曲筋板壳结构设计,可在轴压载荷作用下激发出局部张力场以有效增强结构屈曲抗力。.2)针对后屈曲分析耗时过长的瓶颈问题,提出了近口-远口区自适应分区准则,基于渐进均匀化理论发展了快速后屈曲混合分析模型,分析效率大幅提高。.3)针对设计空间不连续、收敛性差等瓶颈问题,提出了简洁的曲筋族布局描述函数,建立了多变量层次化的连续分步类优化算法,计算效率和全局寻优能力大幅提升。.4)开发完成了NURBS曲筋加筋型开口薄壁结构分析软件,可实现复杂曲筋结构的一键建模与强度分析。.项目研究成果已成功应用于我国某武器型号承力舱段的开口补强设计中,实现承载效率较初样设计提高33%。伴随未来航天结构超轻、载荷极端等越发苛刻的设计需求,以及多功能性开口融合的趋势,本研究成果将有望直接应用于航天开口薄壁结构的设计中,可跨越式提高结构的承载效率。.发表SCI论文25篇(20篇JCR 1区,16篇IF>2.0),EI论文3篇,主要发表在AIAA J.、Comput. Method Appl. M.、Compos. Struct.、Struct. Multidiscip. O.、Int. J. Solids Struct.等权威期刊。相关SCI论文在发表后的短期内得到可靠度优化领域权威K.K. Choi教授、北理工方岱宁院士、西工大张卫红教授、德国宇航中心资深科学家R. Degenhardt教授、美国密歇根大学M. Collette教授等诸多著名学者的正面引用。授权国际发明专利3项(美国1项、日本2项)、中国发明专利5项。在项目执行期间,项目组成员的业务能力得到极大的历练与提升,形成了基础研究密切服务航天型号研制的研究特色。项目负责人郝鹏在项目执行期间破格晋升副教授,入选中国科协青年人才托举工程,获教育部技术发明一等奖。

项目成果

期刊论文数量(28)
专著数量(0)
科研奖励数量(11)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
Hybrid analysis and optimization of hierarchical stiffened plates based on asymptotic homogenization method
基于渐进均匀化方法的分层加筋板混合分析与优化
  • DOI:
    10.1016/j.compstruct.2015.05.012
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Composite Structures
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Bo Wang;Kuo Tian;Peng Hao;Yuanwu Cai;Yuwei Li;Yu Sun
  • 通讯作者:
    Yu Sun
Numerical-based smeared stiffener method for global buckling analysis of grid-stiffened composite cylindrical shells
基于数值涂抹加劲肋的网格加劲复合材料圆柱壳整体屈曲分析
  • DOI:
    10.1016/j.compstruct.2016.05.096
  • 发表时间:
    2016-09-15
  • 期刊:
    COMPOSITE STRUCTURES
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Wang, Bo;Tian, Kuo;Wang, Jiebing
  • 通讯作者:
    Wang, Jiebing
Fast procedure for non-uniform optimum design of stiffened shells underbuckling constraint
屈曲约束下加劲壳非均匀优化设计的快速程序
  • DOI:
    10.1007/s00158-016-1590-3
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Structural and Multidisciplinary Optimization
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Peng Hao;Bo Wang;Kuo Tian;Gang Li;Yu Sun;Chunxiao Zhou
  • 通讯作者:
    Chunxiao Zhou
Optimum design of aircraft panels based on adaptive dynamic harmony search
基于自适应动态和谐搜索的飞机面板优化设计
  • DOI:
    10.1016/j.tws.2017.05.004
  • 发表时间:
    2017-09
  • 期刊:
    THIN-WALLED STRUCTURES
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Keshtegar Behrooz;Hao Peng;Wang Yutian;Li Yangfan
  • 通讯作者:
    Li Yangfan
Hybrid Framework for Reliability-Based Design Optimization of Imperfect Stiffened Shells
基于可靠性的不完美加筋壳设计优化的混合框架
  • DOI:
    10.2514/1.j053816
  • 发表时间:
    2015-03
  • 期刊:
    AIAA Journal
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Hao Peng;Wang Bo;Li Gang;Meng Zeng;Wang Lipeng
  • 通讯作者:
    Wang Lipeng

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其他文献

三维流体固体动力耦合模型研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郝鹏;刘云贺;刘哲
  • 通讯作者:
    刘哲
活性生物材料支架体外诱导神经干细胞向神经元高比例分化并形成神经网络
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国组织工程研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李莹;张皑峰;高钰丹;赵文;段红梅;郝鹏;尚俊奎;杨朝阳;李晓光
  • 通讯作者:
    李晓光
晶相形成对TiSi_2薄膜光学性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    太阳能学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩高荣;翁文剑;郝鹏;汪建勋;黄燕飞;杜军;杜丕一
  • 通讯作者:
    杜丕一
C57BL/6小鼠胫骨前肌和趾长伸肌肌梭解剖学分析
  • DOI:
    10.16098/j.issn.0529-1356.2022.02.010
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    解剖学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    连文玺;段红梅;郝飞;郝鹏;赵文;高钰丹;杨朝阳;李晓光
  • 通讯作者:
    李晓光
北京城镇居民碳排放的影响机理——基于LMDI分解法
  • DOI:
    10.15918/j.jbitss1009-3370.2019.6537
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    北京理工大学学报(社会科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    方德斌;陈卓夫;郝鹏
  • 通讯作者:
    郝鹏

其他文献

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郝鹏的其他基金

变刚度复合材料板壳结构的等几何分析与混合可靠性优化
  • 批准号:
    11772078
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    56.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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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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