基于相场-边界元法模型的高混凝土坝水力劈裂演化过程研究

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基本信息

  • 批准号：
    51609181
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    王桥
  • 依托单位：
    武汉大学
  • 学科分类：
    E0906.水工结构
  • 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 crack in high concrete dam is one of the main problems that affects the normal function of the dam. The crack growth and crack propagation under the water pressure will lead a huge security risks for the concrete dam. Due to the complexity of hydraulic fracturing, the particularity of materials for high concrete dam and the diversity of cracks in dam, the existed theoretical models and numerical methods have much difficulty for the analysis of hydraulic fracturing and cannot meet the requirements of engineering practice. This project will provide a new method which can consider the complex multiple three-dimension cracks based on a phase-filed boundary element method. The evolution process and mechanism of hydraulic fracturing in high concrete dam will be investigated by combination of theoretical analysis, numerical simulation and experiment. The phase-field model will be used as the physical model while the boundary element method will be used as the numerical method to establish the numerical model for hydraulic fracturing. Experiment in laboratory will be conducted to verify the validity of the numerical model and optimize the model and calculation parameters. The evolution law of the cross crack and bifurcation crack in dam will be investigated, together with the change of water pressure, and the model will be improved according to the investigation. The results of this project will help to promote the development of fracture mechanics of concrete, and provide a reference for the safety control of the high concrete dam.
高混凝土坝的裂缝是影响大坝正常运行的主要问题。在水压的作用下，裂缝会不断扩展，给大坝的正常运营带来了巨大的安全隐患。由于水力劈裂问题的复杂性、高坝混凝土材料的特殊性以及坝体裂缝性态的多样性，现有的理论模型和数值方法的研究还不能满足工程实践的需求。本项目以能考虑三维复杂多裂纹的的相场-边界元法为研究手段，通过理论分析、数值模拟和室内试验相结合对高坝混凝土裂纹水力劈裂的演化过程和机理进行研究。以相场模型为物理模型，边界元法为数值方法，建立求解水力劈裂问题的数值模型；通过室内试验来验证数值模型的有效性，并优化模型和计算参数；研究坝体中交叉裂纹和分叉裂纹等复杂裂纹的演化规律，研究不同水压对裂纹演化的影响，改进计算模型。研究成果有助于推动混凝土断裂力学的发展，可为我国大坝的安全控制提供理论依据和技术支持。

结项摘要

高混凝土坝的裂缝是影响大坝正常运行的主要问题。在水压的作用下，裂缝会不断扩展，给大坝的正常运营带来了巨大的安全隐患。由于水力劈裂问题的复杂性、高坝混凝土材料的特殊性以及坝体裂缝性态的多样性，现有的理论模型和数值方法的研究还不能满足工程实践的需求。本项目以相场-边界元法法为研究手段，通过理论分析、数值模拟和室内试验相结合对高坝混凝土裂纹水力劈裂的演化过程和机理进行研究。主要研究内容包括：以相场模型为物理模型，边界元法为数值方法，建立求解水力劈裂问题新的数值模型；通过室内试验来验证数值模型的有效性，并优化模型和计算参数；研究坝体中交叉裂纹和分叉裂纹等复杂裂纹的演化规律。在本项目的资助下，取得了以下研究成果，主要包括：(1)非线性边界元法理论及相应的快速算法研究：提出了计算非线性边界元法中域积分的自适应背景网格积分法和相应的快速算法，提出了计算域积分的直线积分法和相应的快速算法；(2) NURBS改进的边界类型方法研究：提出了了基于NURBS的边界元法和边界无单元法及其快速算法；(3)改进的插值型移动最小二乘法研究：提出了改进的正则化的移动最小二乘法和基于自适应正交插值移动最小二乘法的无网格法，并应用于无网格法中；(4)局部化的相场断裂算法：提出了局部化的相场断裂算法。研究成果有助于推动混凝土断裂力学的发展，可为我国大坝的安全控制提供理论依据和技术支持。

项目成果

期刊论文数量（14）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
An adaptive cell-based domain integration method for treatment of domain integrals in 3D boundary element method for potential and elasticity problems
一种自适应的基于单元的域积分方法，用于处理势能和弹性问题的 3D 边界元法中的域积分
  • DOI：
    10.1016/j.camss.2016.08.002
  • 发表时间：
    2017-02
  • 期刊：
    Acta Mechanica Solida Sinica
  • 影响因子：
    2.2
  • 作者：
    Wang Qiao;Zhou Wei;Cheng Yonggang;Ma Gang;Chang Xiaolin;Huang Qiang
  • 通讯作者：
    Huang Qiang
An adaptive orthogonal improved interpolating moving least-square method and a new boundary element-free method
自适应正交改进插值移动最小二乘法及新的无边界元法
  • DOI：
    10.1016/j.amc.2019.02.013
  • 发表时间：
    2019-07
  • 期刊：
    Applied Mathematics and Computation
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    Wang Qiao;Zhou Wei;Feng Y T;Ma Gang;Cheng Yonggang;Chang Xiaolin
  • 通讯作者：
    Chang Xiaolin
NE-IIBEFM for problems with body forces: A seamless integration of the boundary type meshfree method and the NURBS boundary in CAD
用于解决体力问题的 NE-IIBEFM：边界类型无网格方法与 CAD 中的 NURBS 边界的无缝集成
  • DOI：
    10.1016/j.advengsoft.2018.01.002
  • 发表时间：
    2018-04
  • 期刊：
    Advances in Engineering Software
  • 影响因子：
    4.8
  • 作者：
    Wang Qiao;Zhou Wei;Cheng Yonggang;Ma Gang;Chang Xiaolin;Chen E
  • 通讯作者：
    Chen E
NURBS-enhanced line integration boundary element method for 2D elasticity problems with body forces
用于求解具有体力的二维弹性问题的 NURBS 增强线积分边界元法
  • DOI：
    10.1016/j.camwa.2018.11.039
  • 发表时间：
    2019-04
  • 期刊：
    Computers & Mathematics with Applications
  • 影响因子：
    2.9
  • 作者：
    Wang Qiao;Zhou Wei;Cheng Yonggang;Ma Gang;Chang Xiaolin
  • 通讯作者：
    Chang Xiaolin
A NURBS-enhanced improved interpolating boundary element-free method for 2D potential problems and accelerated by fast multipole method
二维潜在问题的 NURBS 增强改进无边界插值法并通过快速多极子法加速
  • DOI：
    10.1016/j.enganabound.2018.10.008
  • 发表时间：
    2019-01
  • 期刊：
    Engineering Analysis with Boundary Elements
  • 影响因子：
    3.3
  • 作者：
    Wang Qiao;Zhou Wei;Cheng Yonggang;Ma Gang;Chang Xiaolin;Liu Biao
  • 通讯作者：
    Liu Biao

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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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