柔性多体系统动力学后验误差估计及模型降阶策略研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11672034
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0704.多体与高维系统非线性动力学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The posterior error estimation and the model order reduction (MOR) are two key factors for achieving the high-accuracy and high-efficiency numerical approximation for flexible multibody system dynamics (MSD). Up to now, there exists controversy as to how to describe flexible beam and plate\shell components undergoing overall rotation and lager deformation accurately in the field of MSD. Furthermore, the posterior error analysis for the space and time discretization of flexible MSD is still an open problem. Besides, the model order reduction for the small deformation problems in flexible multibody systems (MBS) has now achieved maturity to some extent. However, the development of reduction techniques for MBS considering the geometrically and material nonlinearities is still in the preliminary phase. Therefore, in order to develop the multibody system dynamics theory and improve the Advanced Manufacturing Technology (AMT) based on the achievement of MSD, the major studies of the project include the following aspects: the accurate modeling and the refinement strategy for flexible MBS under the framework of the Isogeometric Analysis (IGA), the goal-oriented posteriori error analysis and the adaptive procedure for flexible MSD, and the MOR technique for the parameterized MBS based on POD (Proper orthogonal decomposition) method. The project will focus on solving the following key problems: interpolating variables with non-linear constraints on manifolds, transferring physical variables from one mesh to another without loss of accuracy, and establishing and solving the associated dual problem of large deformation flexible MBS accurately and efficiently.
后验误差估计与模型降阶策略研究是实现高精度、高效率柔性多体系统动力学数值仿真的两个核心问题。目前,在多体系统动力学领域,如何精确描述具有大转动、大变形特性的梁与板\壳结构仍存在争议,柔性多体系统动力学时空离散后验误差估计几乎处于空白状态。此外,小变形柔性多体系统降阶方法已逐渐成熟,但考虑几何与材料非线性系统模型降阶方法研究仅处于起步阶段。因此,为推动柔性多体系统动力学理论的发展,促进本学科研究成果服务于提升我国先进制造业技术水平,本项目研究聚焦于:基于等几何分析的柔性多体系统建模方法以及细化策略研究、柔性多体系统目标导向的后验误差估计及自适应研究、基于POD的参数化柔性多体系统模型降阶方法研究。重点解决以下科学问题:(1)受非线性约束物理量参数插值问题;(2)自适应算法中不同网格间物理量精确投影问题;(3)大变形柔性多体系统对偶模型的建立与高效求解问题。

结项摘要

后验误差估计与模型降阶策略研究是实现高精度、高效率柔性多体系统动力学数值仿真的两个核心问题。针对上述两个问题,本项目主要研究成果如下:提出了一套李群局部标架(Local Frame of Lie Group, LFLG)多柔体系统动力学建模和计算方法体系。该方法能够规避刚体运动带来的几何非线性,保证柔性构件惯性力、弹性力及其雅可比矩阵满足刚体变换的不变性,可极大地提高多体系统动力学仿真效率;基于超收敛修复策略,提出了多体系统空间网格后验误差估计方法。基于层次B样条的细化与粗化算法,提出了一类多体系统动力学空间网格自适应求解算法,其中采用一种无积分的最小二乘拟合方法,在网格自适应过程中将场变量映射至新网格中,以保证计算精度;联合能量守恒网格采样及加权方法、贪心POD算法以及约束消去方法,提出了一种参数化多体系统的构件级POD降阶方法,通过奇异值分解方法获得系统中每个构件的降阶基矢量,并通过约束建立构件间的连接条件;基于有限元撕裂对接(FETI)区域分解技术,提出了一种柔性多体系统通用并行求解算法。其中,采用含预条件的共轭梯度(PCG)迭代算法并行求解区域分解模型的界面问题,从而能够高效地模拟百万自由度多体系统动力学行为。通过研究在著名期刊上共发表SCI文章5篇,EI论文5篇,完成了课题拟定的研究内容,实现了研究目标。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(18)
专利数量(0)
Dynamic computation of 2D segment-to-segment frictional contact for a flexible multibody system subject to large deformations
大变形柔性多体系统二维段间摩擦接触的动态计算
  • DOI:
    10.1016/j.mechmachtheory.2020.104197
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Mechanism and Machine Theory
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Sun Dewei;Liu Cheng;Hu Haiyan
  • 通讯作者:
    Hu Haiyan
基于HB样条的平面大变形结构动力学等几何分析
  • DOI:
    10.15918/j.tbit1001-0645.2019.150
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    北京理工大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    荣吉利;熊丽园;刘铖;辛鹏飞;刘志超
  • 通讯作者:
    刘志超
Dynamic computation of 2D segment-to-segment frictionless contact for a flexible multibody system subject to large deformation
大变形柔性多体系统二维段间无摩擦接触动态计算
  • DOI:
    10.1016/j.mechmachtheory.2019.06.011
  • 发表时间:
    2019-10
  • 期刊:
    Mechanism and Machine Theory
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Sun Dewei;Liu Cheng;Hu Haiyan
  • 通讯作者:
    Hu Haiyan
Geometrically exact thin-walled beam including warping formulated on the special Euclidean group SE (3)
几何精确的薄壁梁,包括根据特殊欧几里得群 SE (3) 制定的翘曲
  • DOI:
    10.1016/j.cma.2020.113062
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Rong Jili;Wu Zhipei;Liu Cheng;Bruls Olivier
  • 通讯作者:
    Bruls Olivier
Component-level proper orthogonal decomposition for flexible multibody systems
灵活多体系统的组件级适当正交分解
  • DOI:
    10.1016/j.cma.2019.112690
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Hou Yunsen;Liu Cheng;Hu Haiyan
  • 通讯作者:
    Hu Haiyan

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其他文献

基于多尺度线调频基稀疏信号分解的电力系统非平稳振荡信号特征提取
  • DOI:
    10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.2017.06.005
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    电工技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙正龙;蔡国伟;王雨薇;杨德友;刘铖
  • 通讯作者:
    刘铖
一种基于Hamel形式的无条件稳定动力学积分算法
  • DOI:
    10.6052/0459-1879-22-131
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    顾崴;刘铖;安志朋;史东华
  • 通讯作者:
    史东华
脑红蛋白重组腺病毒表达载体的构
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    军事医学科学院院刊, 2006, 30(6):517-520
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘铖;高艳;秦树桐;文圣梅;王
  • 通讯作者:
柔性抓取机械臂-太阳帆系统耦合动力学与控制研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    系统仿真学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    田强;刘铖;刘丽坤;李新刚
  • 通讯作者:
    李新刚
基于模式能量流法的互联电网功率振荡能量解析与主振荡路径识别
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    电力系统保护与控制
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘铖;蔡国伟;杨德友;孙正龙
  • 通讯作者:
    孙正龙

其他文献

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刘铖的其他基金

基于局部标架的新一代多体系统动力学软件开发的若干核心算法研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    62 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于绝对坐标与SPH方法的充气薄膜空间结构展开动力学研究
  • 批准号:
    11302025
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    2013
  • 资助金额:
    28.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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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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