包含复杂边界的三维非结构混合网格生成与优化方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    U1630121
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    58.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A31.NSFC-中物院联合基金
  • 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

The unstructured hybrid grid technology could achieve the best trade-off between ease of use and computational accuracy. However, the application of the dynamic hybrid grid technology in moving boundary simulations needs to resolve three challenging issues. These issues correspond to three different gridding procedures, respectively. Firstly, the advancing layer technique for the generation of layered structured grids is geometrically heuristic and may thus fail to manage some complicated geometric configurations. Secondly, to ensure the grid validity, more powerful deformation algorithms are necessary for stretched structured grids. However, the computing efficiency of powerful grid deformation algorithms is usually low such that the speedup of such powerful algorithms must be considered when applying them in real applications. Thirdly, topology optimization is necessary when grid deformation results in low-quality and inverted grid elements. The local topology update technique for layered structured grids needs to maintain not only grid orthogonality and alignment, but also grid conformity. The later requirement could make it necessary to propagate the local update of one structured element to a sequence of neighboring grid elements. In this proposal, we suggest three techniques to resolve the above issues accordingly. Firstly, a PDE-based technique is proposed to overcome the robustness issues of the traditional advancing layer technique due to invalid normal, local intersections and global intersections. Secondly, a new mesh deformation technique will be developed upon the analogy of large-strain analysis of solids. Two types of interpolation schemes, coupled with the parallel solution technique, will be incorporated to speed up the mesh deformation procedure. Thirdly, a unified adaption approach will be investigated for the optimization of both unstructured and boundary layer parts of the hybrid grid. Meanwhile, surface adaption is allowed following the similar approach for the volume grid. It is highly hopeful that the above techniques, once developed successfully as expected, would enable the application of the dynamic hybrid grid technology in moving boundary simulations such as multi-medium flow simulations.
非结构混合网格能取得易用性和计算精度的最佳平衡,将相应动网格方法应用于动边界计算时,在初始网格生成、小变形后的网格变形与大变形后的网格优化等方面均面临尚未完全解决的难题: 1)生成结构化单元的前沿层进法存在鲁棒性问题;2)结构化单元对变形算法的变形能力要求苛刻,如何同时平衡计算效率的要求极具挑战;3)结构化单元的拓扑优化需满足贴边、正交等要求,且需扩散到相邻区域,算法设计更为复杂。针对上述难题,本项目:1)提出基于PDE方程的结构化网格生成新方法,解决前沿层进法的法向无效、局部相交和全局相交等问题;2)研究基于固体力学大应变分析类比的网格变形算法,结合并行有限元求解、沿空间方向插值和沿时间方向插值等技术提高变形算法的效率;3)基于网格局部编辑技术为非结构混合网格的自适应优化建立统一的方法体系。上述研究可促进非结构混合网格技术在多介质流动计算等动边界问题中的应用,有重要的理论和实践意义。

结项摘要

针对包含复杂边界流体计算问题,研究解决其中的非结构混合网格生成与优化难题,在混合网格生成、动网格以及大规模网格并行生成等专题上取得4项创新性成果:.1)提出基于拉普拉斯方程求解的边界层单元生长法向计算新方法,保证了法向的光滑过渡,有效减少了已有法向计算方法引起的的单元质量低、法向相交等情形。提出采用边界元法求解拉普方程,推导了法向精确计算的边界积分方程,开发了方程的快速多级边界元解算器,避免了有限元类方法基于插值计算得到的法向不够精确,需先构建覆盖问题区域的实体背景网格等缺点。.2)提出先在遗失边界与网格相交处加点实现保形恢复,然后利用点分裂及边删除操作移除Steiner点实现约束恢复的边界恢复新算法,发展了具有理论收敛保证的Delaunay网格生成方法。提出新的网格递归拓扑变换技术(壳变换),减少了复杂输入情形下边界恢复所需Steiner点数量,解决了因加点过多引起的浮点计算不稳定难题。该工作被成功拓展应用于解决动边界计算的网格局部重构、三角表面网格的实体布尔计算等难题。.3)提出了可靠高效的并行非结构网格重构方法,发展了带动边界流场的计算技术,解决了由于强非线性以及网格变形和拓扑改变导致的计算精度、稳定性和效率低下的难题。发展了面向动边界流场分析动网格生成以及全过程并行模拟等创新方法,建立了运用超级计算机进行飞行器空气动力设计分析的有效途径,成功应用该成果于多型飞行器气动分离特性计算。.4)提出以消除不理想形状特征为目标的网格简化技术及基于该技术的区域分解方法,减少了子区域边界对单元质量的负面影响,实现了高质量、高可扩展的并行网格生成方法与流程,开发了集并行曲面网格生成、并行实体网格生成以及并行体网格优化于一体的全过程并行网格生成方法体系,解决了十亿以上自由度精细数值模拟与分析面临的计算网格生成难题。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Domain decomposition approach for parallel improvement of tetrahedral meshes
四面体网格并行改进的域分解方法
  • DOI:
    10.1016/j.jpdc.2017.04.008
  • 发表时间:
    2017-09-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF PARALLEL AND DISTRIBUTED COMPUTING
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Chen, Jianjun;Zhao, Dawei;Zheng, Jianjing
  • 通讯作者:
    Zheng, Jianjing
Tetrahedral mesh improvement by shell transformation
通过壳变换改进四面体网格
  • DOI:
    10.1007/s00366-016-0480-z
  • 发表时间:
    2017-07
  • 期刊:
    Engineering with Computers
  • 影响因子:
    8.7
  • 作者:
    Chen Jianjun;Zheng Jianjing;Zheng Yao;Xiao Zhoufang;Si Hang;Yao Yufeng
  • 通讯作者:
    Yao Yufeng
Single/two-objective aerodynamic shape optimization by a Stackelberg/adjoint method
通过 Stackelberg/伴随方法进行单/双目标气动形状优化
  • DOI:
    10.1080/0305215x.2019.1618287
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Engineering Optimization
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Wang Jing;Zheng Yao;Chen Jianjun;Xie Fangfang;Zhang Jifa;Periaux Jaques;Tang Zhili
  • 通讯作者:
    Tang Zhili
Parallel algorithms for moving boundary problems by local remeshing
通过局部重新网格划分移动边界问题的并行算法
  • DOI:
    10.1108/ec-11-2018-0545
  • 发表时间:
    2019-10
  • 期刊:
    Engineering Computations
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    He Lisha;Zheng Jianjing;Zheng Yao;Chen Jianjun;Zhou Xuan;Xiao Zhoufang
  • 通讯作者:
    Xiao Zhoufang
Automatic Sizing Functions for 3D Unstructured Mesh Generation
用于 3D 非结构化网格生成的自动尺寸调整功能
  • DOI:
    10.1016/j.proeng.2017.09.804
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Procedia Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jianjun Chen;Zhiwei Liu;Yao Zheng;Peng Zheng;Jianjing Zheng;Zhoufang Xiao;Chuang Yu
  • 通讯作者:
    Chuang Yu

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其他文献

钒酸盐络合剂对V_2O_5 /TiO_2 SCR催化剂织构和催化性能的影响
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    中国鼻病研究协作组
T_B_zier曲线能量法的光顺计算
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    计算机应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    方永锋;陈建军;邱泽阳
  • 通讯作者:
    邱泽阳
下颌第一磨牙全瓷冠参数化三维有限元模型的建立
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    临床口腔医学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王卫国;张少锋;陈建军;李垒
  • 通讯作者:
    李垒

其他文献

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我国大都市群产业空间分布优势格局形成的动力机制研究
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相似国自然基金

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  • 批准号:
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  • 项目类别:
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相似海外基金

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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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