求解移动边界问题的自适应四叉树-比例边界有限元方法

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11572077
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0813.计算固体力学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The numerical solutions for moving boundary problems are of significant scientific value in both theoretical fundamental research and engineering practice. In order to solve moving boundary problems more reliably and effectively, this project presents a new Adaptive Quadtree-Scaled Boundary Finite Element Method, by considering both 2D and 3D phase change heat transfer problems as research background. The advantage of the proposed method is: (1) The effective quadtree mesh is employed, and the scaled boundary method is used to build polygon elements, so that mesh distortion can be avoided as no mesh deformation is required, and no enrichment function is not required like in the XFEM neither, and this quadtree scaled boundary element is convenient to deal with 3D cases; (2) Adaptive computations in both space and time domain are employed to establish an automatic numerical model, which can satisfy a prescribed accuracy requirement at minimum computational cost. In addition, several new interpolations are employed in building scaled boundary elements to increase their accuracy in this project, and the performance of both explicit front-tracking and level set method will be tested in the simulation of interface evolution. The outcome of this fundamental research will also contribute to the development in the broader area of moving boundary problems, such as fluid-structure interaction and crack growth. It appears that currently there is very few work directly relative to this program. Because of its importance of research object and innovation of the proposed method, this project will have both important scientific value and good engineering application prospect.
移动边界问题的数值求解具有重要的理论研究和工程应用价值。为了更加高效和可靠地求解移动边界问题,本项目以二维/三维相变传热问题为研究背景,拟发展一种新的自适应四叉树-比例边界有限元方法,其显著优点为:(1)基于高效的四叉树网格,借助比例边界方法构造多边形单元,不需要移动网格,避免了网格畸变带来的精度和效率降低,也不需要构造XFEM富集函数,并且便于处理三维问题;(2)采用空间-时域自适应计算,借助四叉树网格加密和时域分段自适应算法,自动满足计算精度要求,具有较高的计算效率。此外,本项目还将采用基于新型插值函数的比例边界方法以提高单元精度,并探讨显式追踪和水平集方法在界面演化模拟中的表现。项目相关成果有望扩展应用于流体-结构相互作用、裂纹扩展等问题中。目前在移动边界问题研究中很少有类似本项目的直接相关报道。鉴于研究对象的重要性和算法的创新性,本项目将具有重要的科学价值和良好的工程应用前景。

结项摘要

移动边界问题的数值求解具有重要的理论研究和工程应用价值。为了更加高效和可靠地求解移动边界问题,本项目以二维/三维相变传热问题为研究背景,发展了一种新的自适应四叉树-比例边界有限元方法,其显著优点为:(1)基于高效的四叉树网格,借助比例边界方法构造多边形单元,不需要移动网格,避免了网格畸变带来的精度和效率降低,也不需要构造XFEM富集函数,并且便于处理三维问题;(2)采用空间-时域自适应计算,借助四叉树网格加密和时域分段自适应算法,自动满足计算精度要求,具有较高的计算效率。本项目发展了一种新型的基于单元状态的自适应加密准则,能够方便地应用于自适应计算中。计算结果所示,自适应计算通过加密很少的相变区域网格就能较大幅度地提高初始网格的计算精度,其计算时间仅为完全加密的28%。本项目所建立的计算模型应用于相变储能材料的分析和设计中,同时,将项目所提的自适应四叉树-比例边界元方法推广应用于二维/三维非均质材料等效传热/粘弹性参数预测中,能够方便地处理夹杂随机分布带来的材料边界处的网格变化。此外,为了拓展本项目研究成果的应用,发展了针对不确定性分析的模糊比例边界元方法,处理第三类边界条件的比例边界元方法,以及面向非线性问题应用的非局部损伤力学模型。项目研究成果在Numerical Heat Transfer, Part B,International Journal of Heat and Mass Transfer, Acta Mechanica Solida Sinica等SCI期刊发表,基于本项目申请获批国家自然基金委-欧盟委员会国际合作项目一项。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A piecewise partitioning Scaled Boundary Finite Element algorithm to solve viscoelastic problems with cyclic symmetry
用于解决循环对称粘弹性问题的分段划分尺度边界有限元算法
  • DOI:
    10.1016/j.enganabound.2016.09.005
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Engineering Analysis with Boundary Elements
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    王崇帅;何宜谦;杨海天
  • 通讯作者:
    杨海天
Numerical analysis of static and dynamic stabilities of viscoelastic columns
粘弹性柱静态和动态稳定性的数值分析
  • DOI:
    10.1002/mma.3786
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Mathematical Methods in the Applied Sciences
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    杨海天;韩治;何宜谦
  • 通讯作者:
    何宜谦
Numerical Investigation on the Biomechanical Stability of Laparoscopic-assisted Plate used for Fixing Pelvic Anterior Ring Fracture.
腹腔镜辅助骨盆前环骨折固定板生物力学稳定性的数值研究。
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Healthcare Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何宜谦;吕永涛;阴宝盛;于利
  • 通讯作者:
    于利
A new adaptive algorithm for phase change heat transfer problems based on quadtree SBFEM and smoothed effective heat capacity method.
基于四叉树SBFEM和平滑有效热容法的相变传热问题自适应算法。
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Numerical Heat Transfer, Part B: Fundamentals
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何宜谦;董兴聪;杨海天
  • 通讯作者:
    杨海天
3D simulation of healing in damaged biological soft tissue by a non-local continuum model with growth and remodeling.
通过具有生长和重塑的非局部连续体模型对受损生物软组织的愈合进行 3D 模拟。
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Journal of the Royal Society Interface
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    左迪;Stéphane Avril;杨海天;Klaus Hackl;S Jamaleddin Mousavi;何宜谦
  • 通讯作者:
    何宜谦

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其他文献

求解粘弹性问题的时域自适应等几何比例边界有限元法
  • DOI:
    10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0099
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    工程力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何宜谦;王霄腾;祝雪峰;杨海天;薛齐文
  • 通讯作者:
    薛齐文

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何宜谦的其他基金

基于四/八叉树-比例边界元方法的动脉血管组织区间损伤正/反问题数值求解研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    62 万元
  • 项目类别:
求解粘弹性问题的时域自适应比例边界方法
  • 批准号:
    11202046
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    26.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

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

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          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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