应力约束下多相材料结构非概率可靠性拓扑优化方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11472215
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    78.0万
  • 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:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Topology optimization considering uncertainties is an important approach for searching the optimal structure with comprehensive benefits like structural safety, performance and cost. Nowadays, the widely used method is based on the compliance topology optimization frame. However, for the multi-phase material structures which may suffer from strength failure in some real-world engineering design problems, it is essential to take into account stress reliability constraints of different materials. By using the relative density penalization model and the convex model-based non-probabilistic reliability definition, a non-probabilistic reliability based topology optimization theory for the design of multi-phase material structures considering stress constraints on different materials is proposed. In order to solve the proposed topology optimization model of multi-phase material structures, a series of challenge difficulties, such as the stress singularity phenomenon (in which the feasible sub-domain is degenerate and disconnected), the zigzag movement phenomenon in searching concerned points, and a large number of stress constraints, are mainly investigated. Then, numerical algorithms are fully studied to conquer these difficulties in this project. The proposed algorithms include the decreasing strategy of target reliability index, trust region-based iterative method and the selecting strategy of active constraints. At last, the abovementioned theory and methods are applied to the united material layout design of typical multi-phase material structures. This project will greatly enrich the theory and method of non-probabilistic reliability based optimization design, develop the application proceedings of topology optimization, and provide a reasonable and practical approach for the novel layout design of multi-phase composite structures.
不确定性拓扑优化设计是实现结构安全性、性能、成本等综合效益最优目标的重要途径,目前广泛采用基于柔顺性的拓扑优化方法。然而,对于工程中可能遭受强度失效的多相材料结构,考虑不同材料应力水平的可靠性约束显得至关重要。本项目基于相对密度惩罚模型,结合多椭球凸模型描述下的非概率可靠性定义及关心性能方法,建立多种材料应力准则并存下的多相材料结构非概率可靠性拓扑优化模型。重点针对其求解过程中存在的应力奇异解现象(可行子域退化且不连通)、关心点迂回振荡迭代现象及大规模应力约束这一系列挑战性问题,研究目标可靠性指标降低策略、关心点信赖域直接迭代方法、最优点紧约束选择机制等关键算法,以实现多相材料结构拓扑优化问题的顺利求解。最后将上述理论方法应用于典型多相材料结构的联合布局设计。项目研究将丰富和发展非概率可靠性优化理论,推动拓扑优化的工程实用化,为组合结构的新型布局优化问题提供切实可行的设计方案。

结项摘要

不确定性拓扑优化设计是实现结构安全性、性能、成本等综合效益最优目标的重要途径,目前广泛采用基于柔顺性的拓扑优化方法。然而,对于工程中可能遭受强度失效的多相材料结构,考虑不同材料应力水平的可靠性约束显得至关重要。本项目基于相对密度惩罚模型,结合多椭球凸模型描述下的非概率可靠性定义及关心性能方法,建立了多种材料应力准则并存下的多相材料结构非概率可靠性拓扑优化模型。重点针对其求解过程中存在的应力奇异解现象、关心点迂回振荡迭代现象及大规模应力约束这一系列难点问题,研究目标可靠性指标降低策略、关心点信赖域直接迭代方法、增强凝聚方法等关键算法,实现了多相材料结构拓扑优化问题的顺利求解。并进一步将上述理论方法应用于钢混凝土组合结构、超弹性组合结构、柔性薄膜结构等典型多相材料结构的联合材料布局设计。在本项目资助下,课题组在本领域权威SCI期刊上共发表与本项目研究内容相关的学术论文11篇(已标注),均为本人第一作者或通讯作者,包括固体力学顶级期刊JMPS 1篇,计算力学顶级期刊CMAME 2篇,中科院二区论文5篇。申请PCT国际专利2项。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Wrinkling and wrinkling-suppression in grapheme membranes with frozen zone
具有冷冻区的石墨烯膜的起皱和起皱抑制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Thin Solid Films
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Ming Li;Yanzhuang Niu;Huaping Wu;Xiaopeng Zhang;Yangjun Luo;Zhan Kang
  • 通讯作者:
    Zhan Kang
Non-probabilistic uncertainty quantification and response analysis of structures with a bounded field model
使用有界场模型对结构进行非概率不确定性量化和响应分析
  • DOI:
    10.1016/j.cma.2018.12.043
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Luo Yangjun;Zhan Junjie;Xing Jian;Kang Zhan
  • 通讯作者:
    Kang Zhan
Topology optimization of hyperelastic structures with frictionless contact supports
无摩擦接触支撑超弹性结构的拓扑优化
  • DOI:
    10.1016/j.ijsolstr.2015.12.018
  • 发表时间:
    2016-03-01
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF SOLIDS AND STRUCTURES
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Luo, Yangjun;Ll, Ming;Kang, Zhan
  • 通讯作者:
    Kang, Zhan
Wrinkle-free design of thin membrane structures using stress-based topology optimization
使用基于应力的拓扑优化进行薄膜结构的无皱设计
  • DOI:
    10.1016/j.jmps.2017.02.003
  • 发表时间:
    2017-05-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE MECHANICS AND PHYSICS OF SOLIDS
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Luo, Yangjun;Xing, Jian;Kang, Zhan
  • 通讯作者:
    Kang, Zhan
Simultaneous parameter and tolerance optimization of structures via probability-interval mixed reliability model
通过概率区间混合可靠性模型对结构进行同步参数和公差优化
  • DOI:
    10.1007/s00158-014-1167-y
  • 发表时间:
    2015-03-01
  • 期刊:
    STRUCTURAL AND MULTIDISCIPLINARY OPTIMIZATION
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Luo, Yangjun;Wu, Xiaoxiang;Wang, Michael Yu
  • 通讯作者:
    Wang, Michael Yu

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其他文献

基于D-P准则的压力相关材料结构拓扑优化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗阳军
  • 通讯作者:
    罗阳军
基于凸模型的结构非概率可靠性优化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    亢战;罗阳军
  • 通讯作者:
    罗阳军
桁架结构非概率可靠性拓扑优化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗阳军;亢战
  • 通讯作者:
    亢战
考虑不确定性的柔性机构拓扑优化设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    亢战;罗阳军;吴子燕
  • 通讯作者:
    吴子燕
基于材料场级数展开的结构动力学拓扑优化
  • DOI:
    10.7527/s1000-6893.2021.26002
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    航空学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    梁宽;付莉莉;张晓鹏;罗阳军
  • 通讯作者:
    罗阳军

其他文献

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罗阳军的其他基金

基于材料场级数展开的超弹性机械结构拓扑降维表征与优化设计
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
凸集-有界场非概率描述下的多源不确定性结构可靠性优化设计
  • 批准号:
    11972104
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    62 万元
  • 项目类别:
    面上项目
面向空间展开与无皱设计的薄膜结构拓扑优化方法研究
  • 批准号:
    11772077
  • 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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  • 批准号:
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相似海外基金

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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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