考虑材料分布不确定性的结构拓扑优化问题数学建模与求解方法

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91530110
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    25.0万
  • 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:
    2016
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2016-12-31

项目摘要

This project is motivated by research background of structural configuration design under random fields of material property dispersion and manufacturing error. In the framework of level set-based topology and shape representation, characterization, discretization and dimension reduction methods will be developed for spatially distributed uncertainties associated with material properties, boundary shape and material interfaces. The mathematical formulation for the corresponding topology optimization problems will be constructed. The optimization problem will be solved with mathematical programing algorithms. Through research work, major advances will be achieved in key scientific problems with theoretical and practical significance, on theories and methods of continuum topology optimization considering spatially distributed uncertainties. Novel research achievements will include: (1) Discretization and dimension reduction approximation methods for uncertainties of material distribution, boundary shape and multi-material interfaces in topology optimization problems. (2) Solvable optimization formulation and solution methods for continuum structural topology optimization problems considering material spatial distribution uncertainties. (3) Efficient shape sensitivity analysis scheme of statistics of objective functions under boundary shape perturbation. These results will provide uncertainty models, mathematical formulations and efficient numerical methods for structural topology optimization problems considering spatially distributed uncertainties of material, boundary shape and multi-material interfaces. These result will extend frontier theories and methods of structural topology optimization and structural optimization with uncertainties.
本项目以考虑材料性能分散、制造误差等随机场的结构构型设计问题为背景,在水平集拓扑和形状描述的框架下,发展材料性能、边界形状、材料界面等空间分布不确定性的表征、离散和降维方法,建立相应的拓扑优化问题数学列式,实现其数学规划求解。通过拓扑和形状不确定性的描述模型、优化列式、数值方法和试验验证等工作,将在具有重要理论和应用背景的关键科学问题的研究中取得突破,完成以下创新性成果:(1)拓扑优化中材料空间分布、边界形状、多相材料界面等不确定性的离散和降维近似方法;(2)考虑材料空间分布不确定性的连续体结构拓扑优化问题的可解性优化列式及其求解算法;(3)边界形状扰动下优化目标函数统计特征的形状灵敏度分析高效算法。研究成果将为考虑材料、边界形状和多相材料界面空间分布不确定性的结构拓扑优化问题提供不确定性建模方法、数学列式和高效求解算法,从而丰富和发展结构拓扑优化、不确定性结构优化的前沿理论与方法。

结项摘要

考虑不确定性的结构优化理论与算法是计算力学当前的重要前沿方向之一。本项目以考虑材料性能分散、制造误差等随机场的结构构型设计问题为背景,在水平集拓扑和形状描述的框架下,发展了材料性能、边界形状、材料界面等空间分布不确定性的表征方法,建立了相应的拓扑优化问题数学列式,实现了其数学规划求解。通过拓扑和形状不确定性的描述模型、优化列式、数值方法等工作。. 本项目在具有重要理论和应用背景的关键科学问题的研究中取得了突破,完成了以下创新性成果:(1)拓扑优化中材料空间分布、边界形状、多相材料界面等不确定性的离散和降维近似方法;(2)考虑材料空间分布不确定性的连续体结构拓扑优化问题的可解性优化列式及其求解算法;(3)边界形状扰动下优化目标函数统计特征的形状灵敏度分析高效算法。研究成果为考虑材料、边界形状和多相材料界面空间分布不确定性的结构拓扑优化问题提供不确定性建模方法、数学列式和高效求解算法,从而丰富和发展结构拓扑优化、不确定性结构优化的前沿理论与方法。. 2016年以来,本项目研究工作在计算力学领域顶级期刊Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering、International Journal for Numerical Methods in Engineering、结构优化权威期刊Structural and Multidisciplinary Optimization等重要国际期刊发表或接受标注资助号的SCI期刊论文4篇。在第12届世界计算力学大会(The 12th World Congress on Computational Mechanics)等国际学术会议做邀请或Keynote报告3次。亢战2016年入选科技部中青年科技创新领军人才、长江学者特聘教授。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Multi-material topology optimization considering interface behavior via XFEM and level set method
通过 XFEM 和水平集方法考虑界面行为的多材料拓扑优化
  • DOI:
    10.1016/j.cma.2016.05.016
  • 发表时间:
    2016-08
  • 期刊:
    Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Liu, Pai;Luo, Yangjun;Kang, Zhan
  • 通讯作者:
    Kang, Zhan
Robust topology optimization for dynamic compliance minimization under uncertain harmonic excitations with inhomogeneous eigenvalue analysis
通过非齐次特征值分析在不确定谐波激励下实现动态柔量最小化的鲁棒拓扑优化
  • DOI:
    10.1007/s00158-016-1607-y
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Structural and Multidisciplinary Optimization
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Zhang Xiaopeng;Kang Zhan;Zhang Wenbo
  • 通讯作者:
    Zhang Wenbo

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其他文献

桁架结构非概率可靠性拓扑优化
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  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 通讯作者:
    亢战
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马晶;赵明宣;王浩淼;刘湃;亢战
  • 通讯作者:
    亢战
A multi-material level set-based topology and shape optimization method
一种基于多材料水平集的拓扑和形状优化方法
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Yiqian Wang(博士生);Zhen Luo;亢战;Nong Zhang
  • 通讯作者:
    Nong Zhang

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考虑多材料界面及其不确定性的拓扑优化列式与算法
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AI项目解读示例

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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