考虑流体作用的超弹性结构的自由振动

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11872329
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0801.固体变形与本构理论
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The aim of this project is to conduct an in-depth study of the coupled free vibrations of hyperelastic structures that are interacting with fluid media. For small-amplitude vibration superimposed on finite deformations, based on the general nonlinear theory of elasticity, by virtue of the perturbation analysis, a series of theoretically important three-dimensional analytical solutions will be pursued for some isotropic hyperelastic structures with simple geometry interacting with Newtonian fluids. The study is then further broadened by considering the effects of material inhomogeneity and anisotropy, multi-field coupling, viscoelasticity, and non-Newtonian fluids, to help form a relatively systematic and complete three-dimensional analysis of the coupled vibrations of hyperelastic structures. Then, for typical two-dimensional structures such as membranes, plates and shells, high-precise simplifying structural theories will be developed by introducing appropriate assumptions on or directly determining the thickness distributions of stresses and displacements in consideration of the effect of fluid. These simplifying theories are employed to derive approximate analytical solutions of the coupled vibrations of hyperelastic structures. The aforementioned complicate factors will also be incorporated into the approximate analysis. Finally, numerical simulations and experiments will be conducted for the purpose of validation and verification. Through this project, we intend to elucidate the effects of finite biasing field, material inhomogeneity and anisotropy, multi-field coupling, viscoelasticity, and non-Newtonian fluid on the coupled vibrations of hyperelastic structures, to explore the effective approaches to tuning their dynamic responses, and eventually to provide a solid basis for the design, optimization and control of soft robotics and flexible devices.
本项目拟深入研究流体环境下超弹性材料结构的耦合自由振动。针对叠加于有限变形之上的小幅线性振动,首先基于最一般的三维非线性弹性理论,结合摄动分析,考虑具有简单形状的各向同性超弹性结构与牛顿流体的相互作用,获得一批有重要理论价值的三维解析解。然后将研究范畴拓宽至非均匀、各向异性、多场耦合、粘弹性以及非牛顿流体,形成较系统完整的超弹性结构流固耦合振动的三维解析研究体系。其次,针对膜、板、壳等典型的二维结构,考虑流体的影响,针对性地引进或确定位移和应力分布假设,建立高精度的简化结构理论,并逐步将上述多种复杂因素纳入到简化模型之中。最后,拟结合数值模拟和实验测试开展一定的比对与修正研究。通过本项目的研究,将厘清有限偏场、材料非均匀、各向异性、多场耦合、粘弹性、非牛顿流体等因素对超弹性结构流固耦合振动特性的影响,并探索有效的动力学调控方法,从而为软机器和柔性器件的设计、优化与控制提供依据。

结项摘要

超弹性结构与流体的相互作用因其明显的生物医学背景得到了学术界的关注,但其中大多数研究集中于超弹性胶囊。本项目从固体力学的角度深入研究周围流体对超弹性材料结构自由振动的影响,主要考察叠加于有限变形(偏场)之上的小幅线性振动。项目在超弹性结构(包括考虑力电耦合效应)自由振动的三维分析、板壳结构的二维简化建模分析、复杂流体作用解析与典型结构的耦合振动、软弹性周期结构中的波动行为、结构拓扑优化新方法及其应用等方面取得了良好进展,在JMPS、JFM、IJSS、IJMS、JSV等著名期刊上共发表论文36篇,其中SCI收录(或SCI源期刊)论文35篇(含2篇综述论文,分别发表于IJSNM和IJMS)、EI收录论文1篇(综述论文,发表于《力学学报》),获得国家发明专利授权和新型实用专利授权各3项,培养毕业博士生9名、硕士生4名,获中国力学学会优秀博士学位论文奖1篇和提名奖2篇,获2019年度高等学校科学研究优秀成果奖(自然科学奖)二等奖、2021年度浙江省科技进步奖二等奖和2022年度江苏省科学技术奖一等奖各1项,获2022 Lloyd Hamilton Donnell Applied Mechanics Reviews Paper Award 1项。

项目成果

期刊论文数量(36)
专著数量(0)
科研奖励数量(9)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
An adaptive method of moving asymptotes for topology optimization based on the trust region
基于信赖域的拓扑优化移动渐近线自适应方法
  • DOI:
    10.1016/j.cma.2021.114202
  • 发表时间:
    2022-04
  • 期刊:
    Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Hu XY;Li ZH;Bao RH;Chen WQ;Wang HM
  • 通讯作者:
    Wang HM
Electrostatically tunable axisymmetric vibrations of soft electroactive tubes
软电活性管的静电可调轴对称振动
  • DOI:
    10.1016/j.jsv.2020.115467
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Sound and Vibration
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Zhu FZ;Wu B;Destrade M;Chen WQ
  • 通讯作者:
    Chen WQ
Nonlinear response and axisymmetric wave propagation in functionally graded soft electro-active tubes
功能梯度软电活性管中的非线性响应和轴对称波传播
  • DOI:
    10.1016/j.ijmecsci.2020.106006
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    International Journal of Mechanical Sciences
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Wu B;Destrade M;Chen WQ
  • 通讯作者:
    Chen WQ
Nonlinear Vibration and Stability of a Dielectric Elastomer Balloon Based on a Strain-Stiffening Model
基于应变强化模型的介电弹性体球囊的非线性振动和稳定性
  • DOI:
    10.1007/s10659-022-09893-5
  • 发表时间:
    2022-05-23
  • 期刊:
    JOURNAL OF ELASTICITY
  • 影响因子:
    2
  • 作者:
    Alibakhshi, Amin;Chen, Weiqiu;Destrade, Michel
  • 通讯作者:
    Destrade, Michel
Size-dependent vibrations and waves in piezoelectric nanostructures: a literature review
压电纳米结构中尺寸相关的振动和波:文献综述
  • DOI:
    10.1080/19475411.2022.2091058
  • 发表时间:
    2022-06-29
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF SMART AND NANO MATERIALS
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Zhao, Zinan;Zhu, Jun;Chen, Weiqiu
  • 通讯作者:
    Chen, Weiqiu

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其他文献

A solution of a non-homogeneous orthotropic cylindrical shell for axisymmetric plane strain dynamic thermoelastic problems
非齐次正交各向异性圆柱壳轴对称平面应变动态热弹性问题的解
  • DOI:
    10.1016/s0022-460x(02)01075-1
  • 发表时间:
    2003-06
  • 期刊:
    Journal of Sound and Vibration
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    丁皓江;王惠明;陈伟球
  • 通讯作者:
    陈伟球
Free vibration analysis of generally laminated beams via state-space-based differential quadrature
基于状态空间的微分求积法对一般层合梁的自由振动分析
  • DOI:
    10.1016/s0263-8223(03)00190-9
  • 发表时间:
    2004-02
  • 期刊:
    Composite Structures
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    陈伟球;吕朝锋;边祖光
  • 通讯作者:
    边祖光
Exact free vibration analysis of simply-supported off-axis magneto-electro-elastic laminated plates in cylindrical bending
简支离轴磁电弹性层合板圆柱弯曲的精确自由振动分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Advances in Vibration Engineering,
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈伟球;边祖光;吕朝锋
  • 通讯作者:
    吕朝锋
横观各向同性功能梯度材料矩形板的自由振动
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    振动工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈伟球;叶贵如;蔡金标
  • 通讯作者:
    蔡金标
General solution for transvers
横向通用解决方案
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈伟球;李康镛*;丁皓江
  • 通讯作者:
    丁皓江

其他文献

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陈伟球的其他基金

第五届非线性力学新进展国际会议
  • 批准号:
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    2021
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力电耦合软固体与结构中的线性和非线性波动
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  • 资助金额:
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软物质力学高级讲习班
  • 批准号:
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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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