颗粒增强复合材料结构损伤演化和破坏的FEM-VCFEM-MD多尺度模拟

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11262007
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    58.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0813.计算固体力学
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Studies on the multiscale for composites are a kind of challenging important multidisciplinary problem, because the phenomenon of multiscale reflects the basic nature of matter world as well as particulate reinforced composites,it has great wealth scientific connotation. The design and development of high performance materials requires a thorough understanding and careful control of microstructure and its effect on properties. This is particularly challenging given the multiphase and heterogeneous nature of most high performance composite materials..Modeling of the behavior of materials can be used as a versatile, efficient and low cost tool for developing an understanding of material behavior. .The object of the project is to propose the new FEM-VCFEM-MD multiscale idea, establish the related model, and explore the coupling mechanism of multiscale, for numerical simulations of damage evolution and fracture in macro-structure of particulate reinforced composites, in which there are microsacle-mesoscale coupling, mesoscale-macroscale coupling. A multiscale method for coupling finite element method and VCFEM model will be achieved based on a multigrid idea. The effect of microstructure damage and fracture on mechanics properties of macro structures, especially the breakdown mechanism of macro structures induced by microstructure fracture, will be explored by FEM-VCFEM multiscale model. A multiscale method for coupling the molecular dynamics model and VCFEM model will be achieved based on a domain decomposition idea, in which, the part of VCFEM model will be refined to a full atomistic description near the crack tips, and an interface condition will be proposed to provide appropriate boundary conditions for the atomistic and continuum models. A new algorithm of self-adaption and remeshing is used to model the initiation and propagation of microstructure cracks, induced by atomistic model, and the crack coalescence process in macro structure..For macrostructures with a large number of randomly distributing inclusions under all kind of complicated loads, the whole process of macrostructure breakdown induced by the MD controlled microstructure fracture, will be simulated in Parallel on high performance computers. Mutilscale simulation models will be verified by some verification experiments.
复合材料的多尺度研究是一项富有挑战性的多学科重要课题。材料的数值模拟是一种便捷、有效和低成本的研究手段。本项目的目标就是为数值模拟颗粒增强复合材料宏观结构的损伤演化和破坏,提出一种新的FEM-VCFEM-MD多尺度耦合的思想,建立相关模型,探讨多尺度的耦合机理。新模型中将包含微观-细观的多尺度耦合和细观-宏观多尺度耦合。基于多重网格的思想,提出一种有限元和VCFEM的耦合模型。基于域分解的思想,提出一种分子动力学和VCFEM耦合的多尺度方法:在裂尖区域完全用原子来描述,在原子模型区域和VCFEM连续介质区域之间建立适当的界面条件。建立相应网格自适应和重划分方法,模拟原子结构破坏诱发的微结构裂纹和进一步贯穿形成的宏观裂纹。在高性能计算机上实现多尺度模拟含大量随机分布夹杂的颗粒增强复合材料宏观结构在各类复杂载荷下的损伤演化和失效破坏全过程,探讨原子结构破坏和微结构损伤诱发宏观结构失效的机理。

结项摘要

针对复合材料的多尺度这一富有挑战性的重要课题,采用数值模拟这种便捷、有效和低成本的研究手段。本项目为数值模拟颗粒增强复合材料宏观结构的损伤演化和破坏,提出了一种新的FEM-VCFEM-MD多尺度耦合的思想,建立了相关模型,探讨了多尺度的耦合机理。新模型中包含微观-细观的多尺度耦合和细观-宏观多尺度耦合。基于多重网格的思想,提出了一种有限元和VCFEM的耦合模型。基于域分解的思想,提出了一种分子动力学和VCFEM耦合的多尺度方法:在裂尖,在原子模型区域和VCFEM连续介质区域之间建立了界面条件。建立了相应网格自适应和重划分方法,模拟原子结构破坏诱发的微结构裂纹和进一步贯穿形成的宏观裂纹。在CPU和GPU异构并行高性能计算机上实现了多尺度模拟含大量随机分布夹杂的颗粒增强复合材料宏观结构在各类复杂载荷下的损伤演化和失效破坏全过程,探讨了原子结构破坏和微结构损伤诱发宏观结构失效的机理。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(5)
专利数量(0)
Combing DGS and finite element for stress analysis using inverse boundary method.
使用逆边界法结合 DGS 和有限元进行应力分析。
  • DOI:
    10.1364/ao.53.008350
  • 发表时间:
    2014-12
  • 期刊:
    Appl Opt
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhang, Rui;Guo, Ran;Cheng, Heming
  • 通讯作者:
    Cheng, Heming
颗粒增强复合材料有效模量的Voronoi单元有限元法分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    重庆大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄永霞;郭然;李伟
  • 通讯作者:
    李伟
Mixed mode fracture study of PMMA using digital gradient sensing method
使用数字梯度传感方法研究 PMMA 的混合模式断裂
  • DOI:
    10.1016/j.engfracmech.2014.02.020
  • 发表时间:
    2014-03
  • 期刊:
    Engineering Fracture Mechanics
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Zhang, Rui;Guo, Ran;Wang, Shiyue
  • 通讯作者:
    Wang, Shiyue
Numerical-experimental hybrid method for stress separation in digital gradient sensing method
数字梯度传感方法中应力分离的数值实验混合方法。
  • DOI:
    10.1016/j.optlaseng.2014.08.017
  • 发表时间:
    2015-03-01
  • 期刊:
    OPTICS AND LASERS IN ENGINEERING
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Zhang, Rui;Guo, Ran;Cheng, Heming
  • 通讯作者:
    Cheng, Heming
VCFEM method mixed with finite element method calculation of numerical simulation
VCFEM方法与有限元方法混合的数值模拟计算
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Applied Mechanics and Materials
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xu, Jia Li;Guo, Ran;Gai, Wen Hai
  • 通讯作者:
    Gai, Wen Hai

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其他文献

多普勒超声心动图评估肺动脉压力的临床价值
  • DOI:
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    --
  • 作者:
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    刘金秋
浓度序列对基于双异步正交样品设计构建的二维异步谱峰信噪比的影响
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    --
  • 发表时间:
    2015
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    --
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  • 通讯作者:
    吴瑾光
闭式整体叶轮的定轴插铣方法
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王洁
骨肉瘤细胞中Polo 样激酶3 的表达和定位
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    现代肿瘤医学
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  • 作者:
    沈涛;陈之光;李妍;巴根;郭然;杨蕾;郭洲洋;付勤
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    付勤
员工股权激励的国外研究述评:实施动机与经济后果
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈艳艳;郭然
  • 通讯作者:
    郭然

其他文献

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郭然的其他基金

多相复合材料损伤演化分析的应力杂交元新方法研究和CAE软件开发
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    62 万元
  • 项目类别:
    面上项目
开放式PRMMCs损伤演化分析软件设计与研发
  • 批准号:
    11572142
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    70.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
颗粒增强复合材料裂纹损伤分析的VCFEM方法
  • 批准号:
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  • 资助金额:
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    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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