增材制造填充与支撑结构拓扑和参数自适应优化的计算几何学理论及技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51605290
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    18.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0510.制造系统与智能化
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Lightweight Design for complicate 3D models is of significant importance for saving material and improving productivity in Additive Manufacturing. Given manufacturing material and build direction, guaranteeing surface quality and model strength, maximizing the strength-to-weight ratio of the infill structure and minimizing the weight of the support structure are very critical for lightweight design. Under a fixed external pressing/pulling force, with the infill space of the model being partitioned by a set of cubes, this project optimizes the strength-to-weight ratio of a hybrid of the infill patterns and their geometric parameters based on the Monte Carlo Method and the edition of the cubes. Guaranteeing the supported surface quality, based on the discretization of the intersections of a set of cones rooted at the tree nodes and the Monte Carlo Method, this project also focuses on the minimization of the line segment length of the topology, and the geometric parameters of the tree-shaped support structures. This research lays the theory foundation for the additive manufacturing of products with guaranteed strength and surface quality while minimizing the material used, and is of significant impact on the research direction of lightweight modeling in the field of Additive Manufacturing.
增材制造复杂三维模型的轻量化设计对节省制造材料,提高制造效率具有重要意义。给定制造材料和制造方向,在保证模型外表面形状不变和强度满足要求的条件下,模型内部填充结构强度-重量比最大化以及制造过程所需支撑结构的重量最小化是实现增材制造模型轻量化的关键。在外部一定的压力/拉力作用下,利用模型空间的立方体单元格化剖分,以强度-重量比最大化为目标,基于蒙特卡罗方法和立方体单元格编辑方法研究多种填充模式的组合优化和几何参数最优化。在保障模型表面质量条件下,基于以树的节点为顶点的圆锥体相交区域离散化采样和蒙特卡罗方法,本项目研究树状支撑结构树枝节点连接拓扑结构总长度以及树枝尺寸的最小化问题。该研究为增材制造中使用最少材料生产出强度和表面质量符合要求的产品提供理论和技术基础,对轻量化几何建模这一增材制造学术研究领域发展具有重要意义。

结项摘要

本课题围绕增材制造几何模型填充与支撑结构拓扑和参数自适应优化,展开相关计算几何学理论及技术研究。依托基金支持,发表或已接收的第一作者或通讯作者SCI国际期刊论文7篇,主要刊发于IEEE TVCG, ASME JMD等计算机图形学、机械设计领域顶级期刊;成功申请实用新型专利1项。培养2名博士生3名硕士生,其中1名博士生已毕业。该研究为增材制造中使用最少材料生产出强度和表面质量符合要求的产品提供理论和技术基础,对轻量化几何建模这一研究领域发展具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Parametric Design of Scalable Mechanisms for Additive Manufacturing
增材制造可扩展机制的参数化设计
  • DOI:
    10.1115/1.4038300
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Transactions of the ASME, Journal of Mechanical Design
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xi;a Li;Jie Zhao;Ren He;Yaobin Tian;Xiangzhi Wei
  • 通讯作者:
    Xiangzhi Wei
Design and locomotion analysis of a novel modular rolling robot
新型模块化滚动机器人的设计与运动分析
  • DOI:
    10.1016/j.mechmachtheory.2018.11.004
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Mechanism and Machine Theory
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Wei Xiangzhi;Tian Yaobin;Wen Shanshan
  • 通讯作者:
    Wen Shanshan
Circle-Point Containment, Monte Carlo Method for Shape Matching Based on Feature Points Using the Technique of Sparse Uniform Grids
圆点包含、利用稀疏均匀网格技术基于特征点的蒙特卡罗形状匹配方法
  • DOI:
    10.1115/1.4038968
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    ASME Journal of Computing and Information Science in Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xiangzhi Wei;Jie Zhao;Siqi Qiu
  • 通讯作者:
    Siqi Qiu
Toward Support-free 3D Printing: A Skeletal Approach for Partitioning Models
迈向无支撑 3D 打印:模型划分的骨架方法
  • DOI:
    10.1109/tvcg.2017.2767047
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Xiangzhi Wei;Siqi Qiu;Lin Zhu;Ruiliang Feng;Yaobin Tian;Youyi Zheng
  • 通讯作者:
    Youyi Zheng
A Tree-Shaped Support Structure for Additive Manufacturing Generated by Using A Hybrid of Particle Swarm Optimization and Greedy Algorithm
使用粒子群优化和贪婪算法混合生成的增材制造树形支撑结构
  • DOI:
    10.1115/1.4043530
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Computing and Information Science in Engineering
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Lin Zhu;Ruiliang Feng;Xiangda Li;Xiangzhi Wei
  • 通讯作者:
    Xiangzhi Wei

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其他文献

其他文献

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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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