热冲击载荷下功能梯度材料动态断裂分析的无网格边界元法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11602129
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0813.计算固体力学
  • 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

Functionally graded materials (FGMs) often produce some cracks, when they work in a high temperature environment. If the crack growth under heat shock loadings, the material will invalid or damage. Therefore, it is very significant for study the dynamic fracture mechanics of functionally graded materials under heat shock loading. A new meshless boundary element method is proposed in this project, which is used to analysis the dynamic fracture mechanics of functionally graded materials under heat shock loading. The present method has obvious advantages, such as it is only discrete elements on the boundary, or it can solve the stress concentration problems effectively. In order to achieve this project, firstly we develop the theoretical model of the thermal shock problem of functionally graded materials, and use the fundamental solution of the approximate problem to establish the boundary integral equation by the weighted residual method. Secondly, the domain integrals will be transformed into boundary integrals using the radial integration method, and a pure boundary integral equation is produced. Finally , the stress intensity factor of crack tip is calculated by the crack opening displacements, according to the criterion of crack propagation to determine the crack propagation condition, the expansion direction and step length. The purpose of this project is to develop a numerical simulation technique for dynamic fracture analysis of functionally graded materials under thermal shock loading, and provide a scientific evidence for the safely use of functionally graded materials and also for the optimization design of the structures.
功能梯度材料在高温环境服役过程中经常会产生各种各样的裂纹,在热冲击载荷作用下裂纹扩展会导致材料失效甚至破坏,因此研究功能梯度材料在热冲击载荷下的断裂行为尤为重要。本项目提出利用无内部网格的边界元法分析功能梯度材料在热冲击载荷下的动态断裂力学问题,充分发挥边界元法只需在边界上划分网格以及在处理应力集中问题时的优势。首先,建立功能梯度材料热冲击问题的理论模型,利用其近似问题的基本解,通过加权余量法推导边界积分方程;其次,对边界积分方程中含有的域积分项,采用径向积分法将其转化为边界积分,形成纯边界积分方程;最后,通过裂纹张开位移计算裂纹尖端应力强度因子,再根据裂纹扩展准则确定裂纹的扩展条件、扩展方向和步长。本项目利用边界元法在断裂力学问题中的显著优点,拟开发适合热冲击载荷下功能梯度材料动态断裂分析的无内部网格边界元法数值模拟技术,为功能梯度材料的安全使用以及结构的优化设计提供科学依据。

结项摘要

功能梯度材料能有效地缓解热应力和残余应力,从而在航空航天和众多民用科技领域有广泛的应用,对功能梯度材料进行热应力分析和断裂分析可以为工程结构的优化设计和安全使用提供理论依据。本项目采用无内外网格的边界元法分析了功能梯度材料在热冲击载荷下的动态断裂力学问题,充分发挥了边界元法只需在边界上划分网格以及在处理应力集中问题时的优势。本项目在执行期间,首先利用近似问题的基本解,通过加权余量法推导了功能梯度材料热冲击问题的边界积分方程,并采用径向积分法将域积分转化为边界积分,为项目的实施奠定了基础;其次在计算近奇异积分时采用不等间隔单元子分技术,在保证计算精度的同时极大减少了近奇异积分的计算量,保证了所编制程序计算刚度矩阵时的计算效率;最后在求解微分方程组时,由于边界元法离散后形成的刚度矩阵为满阵,当方程组规模较大时需要耗费大量计算时间,因此开展了POD模型降阶法求解微分方程组,通过模型降阶法将成千上万个自由度的微分方程组降为只含几十个甚至几个未知量的微分方程组,极大提高了计算效率。本项目研究成果为功能梯度材料的热冲击问题提供了一种新的研究思路,同时也拓展了边界元法的应用范围。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
功能梯度材料动力学问题的POD模型降阶分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑保敬;梁钰;高效伟;朱强华;吴泽艳
  • 通讯作者:
    吴泽艳
基于格子玻尔兹曼法的三维溃坝流数值模拟与验证
  • DOI:
    10.16232/j.cnki.1001-4179.2018.12.017
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    人民长江
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    叶永;张芯菲;郑保敬
  • 通讯作者:
    郑保敬
Dynamic fracture analysis of functionally graded materials under thermal shock loading by using the radial integration boundary element method
径向积分边界元法热冲击载荷下功能梯度材料动态断裂分析
  • DOI:
    10.1016/j.compstruct.2018.06.050
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Composite Structures
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Zheng Baojing;Yang Yang;Gao Xiaowei;Zhang Ch
  • 通讯作者:
    Zhang Ch
基于POD模型降阶法的非线性瞬态热传导分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国科学:物理学 力学 天文学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    梁钰;郑保敬;高效伟;吴泽艳;王峰
  • 通讯作者:
    王峰
On thickness-shear vibration and frequency shift of a quartz crystal resonator carrying an array of micro-beams adhered with tip nano-particles
带有尖端纳米粒子粘附微梁阵列的石英晶体谐振器的厚度剪切振动和频移
  • DOI:
    10.1080/15376494.2019.1702236
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Mechanics of Advanced Materials and Structures
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Xie Xuan;Zheng Baojing;Huang Wenjie;Zhou Jiang
  • 通讯作者:
    Zhou Jiang

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其他文献

基于滑动Kriging插值的MLPG法求解结构非耦合热应力问题
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    应用数学和力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王峰;周宜红;郑保敬;林皋
  • 通讯作者:
    林皋
二维稳态热传导问题改进的EFG-SBM法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王峰;周宜红;林皋;赵春菊;郑保敬
  • 通讯作者:
    郑保敬
功能梯度材料动态断裂力学的径向积分边界元法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高效伟;郑保敬;刘健
  • 通讯作者:
    刘健

其他文献

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气冷涡轮叶片流固共轭传热分析的POD模型降阶法研究
  • 批准号:
    11972216
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    62 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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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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