大尺寸比结构声振耦合分析的自适应半解析计算模型研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11772119
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    56.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0813.计算固体力学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Structural-acoustic coupling analysis has extensive applications in a broad field of sciences and engineering, such as aerospace, ships, high-speed trains, industrial machinery and some other complex equipments. However, traditional numerical simulation of the acoustic-vibration coupling response of the large-size-ratio structures often encounters the computational challenges such as lower numerical accuracy in some localized regions and a rapid growth of computational complexity with increasing size ratio. Here the large-size-ratio structures refer to the slender structures, the structures consist of the size-disparity components and the composite material structures with the size-disparity matrix and inclusions and so on. This proposal is aimed at combining the adaptive node technique and the semi-analytical singular boundary method (SBM) jointly proposed by the applicant, and then applying the fast matrix solvers to efficiently accelerate the present SBM simulation for the exterior acoustic fields of the large-size-ratio structures. Moreover, we will develop the semi-analytical meshless collocation method (SAMCM) in conjunction with the extended precision arithmetic (EPA), and then introduce the parallel-acceleration domain decomposition method and the adaptive extended precision technique into EPA-based SAMCM for efficiently simulating the vibration response of large-size-ratio structures. Finally, the appropriate coupling strategy for SBM and EPA-based SAMCM is carefully developed to establish the related semi-analytical coupling model. In the proposed coupling model, we desire to reduce the discretization requirement per wavelength to 3-5 nodes for the structural-acoustic coupling analysis of the large-size-ratio structures. The purpose of this proposal is to establish a high performance computational model for the structural-acoustic coupling analysis of the large-size-ratio structures to meet the growing demands in the accuracy and efficiency of the computational model for the optimization design of the noise and vibration reduction of the complex equipments.
结构声振耦合分析在航空航天、船舶、高速列车及机械等复杂装备领域具有广泛应用。传统数值模型模拟细长结构、构件尺寸悬殊的组合结构、基体与夹杂尺寸悬殊的复合材料结构等大尺寸比结构的声振耦合响应时仍存在局部区域计算精度低、计算量随尺寸比增大而迅速增加等挑战性难题。本项目拟将申请者参与提出的半解析奇异边界法与节点自适应技术相结合,引入矩阵快速求解技术,用于高效模拟大尺寸比结构的外部声场;发展基于扩展精度技术的半解析无网格配点法,引入区域分解并行加速技术和扩展精度位数自适应技术,用于高效模拟大尺寸比结构振动响应;发展适用于奇异边界法和半解析无网格配点法的耦合策略,建立相应的半解析耦合计算模型,将数值模拟大尺寸比结构声振耦合响应时一个波长内所需的平均节点数控制在3-5个。目标是建立模拟大尺寸比结构声振耦合响应的高性能计算模型,以满足复杂装备减振降噪优化设计领域对计算模型在精度、效率等方面日益增长的需求。

结项摘要

结构声振耦合分析在航空航天、船舶、高速列车及机械等复杂装备领域具有广泛应用。传统数值模型模拟细长结构、构件尺寸悬殊的组合结构、基体与夹杂尺寸悬殊的复合材料结构等大尺寸比结构的声振耦合响应时仍存在局部区域计算精度低、计算量随尺寸比增大而迅速增加等挑战性难题。本项目发展了用于结构声振耦合分析的奇异边界法-有限元耦合计算模型,并引入递归骨架分解技术实现了上百万节点离散的三维大尺寸结构声振耦合分析。同时基于直接耦合策略,发展了奇异边界法-广义有限差分法耦合计算模型,并将其成功用于均质和复合材料结构的声振耦合响应分析。还将最新提出的局部半解析配点法与奇异边界法相结合,构建耦合计算模型用于结构声振耦合分析。此外,本项目还先后发展了功能梯度碳纳米管增强复合材料板模态分析的广义有限差分法,用于奇异边界法处理无限域声场中虚假特征频率问题的自正则CHIEF法,声子晶体波传播特性分析的局部半解析配点法、基于扩展精度技术的半解析配点法以及基于双层/多层节点迭代技术的快速声学奇异边界法。成果方面,团队成员基于上述研究内容申请获得6项软件著作权,并发表相关学术论文38篇(包括35篇SCI检索论文),获得国家自然科学基金优秀青年项目、德国洪堡学者奖学金、杜庆华工程计算方法优秀青年学者奖(ICCM2019)、国际计算方法青年学者奖和国际华人计算力学协会青年学者奖,2次入选爱思唯尔中国高被引学者名单。人才培养方面,依托项目培养博士研究生7名、硕士研究生8名,其中2名研究生已顺利获得博士学位、6名研究生已顺利获得硕士学位。本项目也极大地促进了项目组成员的学术交流,组织4次专题研讨会,参加国内外学术会议并做邀请报告6次,出国访学4人次、合作来访(含线上报告会)15人次。综上所述,项目在大尺寸比结构声振耦合分析的自适应半解析计算模型研究方面达到了预期目标,促进了科研团队的发展,培养了科研人才。

项目成果

期刊论文数量(38)
专著数量(0)
科研奖励数量(6)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A localized meshless collocation method for bandgap calculation of anti-plane waves in 2D solid phononic crystals
二维固体声子晶体反平面波带隙计算的局域无网格配置方法
  • DOI:
    10.1016/j.enganabound.2020.07.014
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Engineering Analysis with Boundary Elements
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Fu Zhuo-Jia;Li Ai-Lun;Zhang Chuanzeng;Fan Chia-Ming;Zhuang Xiao-Ying
  • 通讯作者:
    Zhuang Xiao-Ying
An efficient localized Trefftz-based collocation scheme for heat conduction analysis in two kinds of heterogeneous materials under temperature loading
温度载荷下两种异质材料热传导分析的基于 Trefftz 的高效局部搭配方案
  • DOI:
    10.1016/j.compstruc.2021.106619
  • 发表时间:
    2021-10
  • 期刊:
    Computers & Structures
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Xi Qiang;Fu Zhuojia;Zhang Chuanzeng;Yin Deshun
  • 通讯作者:
    Yin Deshun
The MAPS with polynomial basis functions for solving axisymmetric time-fractional equations
用于求解轴对称时间分数方程的多项式基函数 MAPS
  • DOI:
    10.1016/j.camwa.2019.11.014
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    Computers & Mathematics with Applications
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Xi Qiang;Chen C. S.;Fu Zhuojia;Comino Eva
  • 通讯作者:
    Comino Eva
A boundary collocation method for anomalous heat conduction analysis in functionally graded materials
功能梯度材料反常热传导分析的边界配置方法
  • DOI:
    10.1016/j.camwa.2020.02.023
  • 发表时间:
    2021-04-01
  • 期刊:
    COMPUTERS & MATHEMATICS WITH APPLICATIONS
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Fu, Zhuo-Jia;Yang, Li-Wen;Liu, Chein-Shan
  • 通讯作者:
    Liu, Chein-Shan
A Dual-Level Method of Fundamental Solutions in Conjunction with Kernel-Independent Fast Multipole Method for Large-Scale Isotropic Heat Conduction Problems
大规模各向同性热传导问题的双级基本解法与核无关快速多极子法相结合
  • DOI:
    10.4208/aamm.oa-2018-0148
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Advances in Applied Mathematics and Mechanics
  • 影响因子:
    1.4
  • 作者:
    Li Junpu;Fu Zhuojia;Chen Wen;Liu Xiaoting
  • 通讯作者:
    Liu Xiaoting

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其他文献

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    --
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    2017
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    傅卓佳
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    应用数学和力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    师晋红;傅卓佳;陈文
  • 通讯作者:
    陈文
奇异边界法分析含水下障碍物水域中的水波传播问题
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    应用数学和力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李珺璞;傅卓佳;陈文
  • 通讯作者:
    陈文

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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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