声学超材料等几何拓扑优化及弹性波调控

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11902117
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0801.固体变形与本构理论
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Acoustic metamaterials are a kind of artificially designed and manufactured composite structure,which can exhibit extraordinary physical properties in the subwavelength frequency range such as negative effective density and negative bulk modulus, and have broad application prospects in mechanical, civil and other fields. The specific physical properties of acoustic metamaterials and the effective manipulation of elastic waves can be achieved through the topology optimization of the microstructure. In topology optimization based on isogeometric analysis, the exactly geometric model is utilized to achieve the effective integration of design, analysis and optimization, which avoids the geometric discrete errors and complex data exchange in the finite element method. However, the theory of isogeometric topology optimization of acoustic metamaterials has not been established. Therefore, by using isogeometric analysis and trimming technique, this project aims to develop the isogeometric topology optimization theory of acoustic metamaterials. Material and structure of microstructures are optimized to reveal the influence of microstructure topology variation on band structure of acoustic metamaterials. Considering the viscoelastic effect, the internal relation between attenuation characteristics and directional bandgap in the multiphase acoustic metamaterials is exposed. The local resonant unit is introduced to analyze topology evolution of the connecting phase between resonant unit and matrix in the multiphase viscoelastic acoustic metamaterial microstructure, and to uncover the changing mechanism of effective physical properties and wave characteristics of acoustic metamaterials. So that the active manipulation of elastic wave propagation can be realized. This research provides significant theoretical basis and methodological guidance for design and application of acoustic metamaterials.
声学超材料是一种人工设计、制造的复合结构材料,在亚波长频段可具备负密度、负模量等超常物理属性,在机械、土木等领域有着广泛的应用前景。通过微结构的拓扑优化设计,声学超材料可实现特定的物理属性及有效的弹性波调控。基于等几何分析的拓扑优化,采用精确几何模型,做到设计、分析与优化的有效集成,避免有限元的几何离散误差和复杂数据交互。然而声学超材料的等几何拓扑优化理论尚未建立。因此,本项目拟采用等几何分析,结合裁剪技术,建立声学超材料等几何拓扑优化理论;优化微结构的材料组成和结构特征,揭示拓扑构型变化对声学超材料能带结构的影响机理;考虑粘弹性效应,明确多相声学超材料弹性波衰减特性与方向带隙的内在关联;引入局域共振单元,分析多相粘弹性声学超材料微结构共振单元与基体之间连接相的拓扑演变,阐释等效物理属性及波动特性的变化机理;进而实现弹性波传播的主动调控,为声学超材料的设计与应用提供重要的理论基础和方法指导

结项摘要

声学超材料是一种人工设计、制造的复合结构材料,在亚波长频段可具备负密度、负模量、负折射率等超常物理属性,在国防及民用工业的各个领域有着广泛的应用前景。通过对微结构的拓扑优化设计,声学超材料可获得特定的物理属性,进而实现对弹性波传播、衰减、带隙等特性的有效调控。本项目基于等几何分析理论,结合局部裁剪算法,实现了微结构复杂拓扑优化模型的精确、高效构建,发展了适用于声学超材料的能带显式分析方法,完善了声学超材料的等几何拓扑优化理论;通过优化微结构的材料组成和结构特征,研究了拓扑构型变化对声学超材料能带结构的影响规律,揭示了多相粘弹性声学超材料拓扑构型的演变、衰减特性与方向带隙的内在关联,实现了弹性波的定向传播与调控;提出了具有宽频负等效密度的局域共振型多相粘弹性声学超材料,阐释了微结构拓扑演变、局域共振特性、衰减系数对超材料物理属性、波动特性的影响机理,实现了声学超材料中弹性波传播的主动调控,为声学超材料的设计与应用提供了重要的理论基础和方法指导。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Analyzing wave propagation in graphene-reinforced nanocomposite annular plates by the semi-analytical formulation
通过半解析公式分析石墨烯增强纳米复合材料环形板中的波传播
  • DOI:
    10.1080/15376494.2020.1736698
  • 发表时间:
    2020-03-11
  • 期刊:
    MECHANICS OF ADVANCED MATERIALS AND STRUCTURES
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Li, Chunlei;Han, Qiang
  • 通讯作者:
    Han, Qiang
Modulation of elastic wave propagation in piezoelectric laminated nanocomposite shells considering agglomeration effects
考虑团聚效应的压电层压纳米复合材料壳中弹性波传播的调制
  • DOI:
    10.1007/s00707-022-03367-4
  • 发表时间:
    2022-10-21
  • 期刊:
    ACTA MECHANICA
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Liu, Song;Han, Qiang;Li, Chunlei
  • 通讯作者:
    Li, Chunlei
Parametric electro‐mechanical dispersive behaviors of guided waves in the functionally graded piezoelectric annular plate
功能梯度压电环形板中导波的参量电机械色散行为
  • DOI:
    10.1002/zamm.202200283
  • 发表时间:
    2022-11
  • 期刊:
    Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Li Chunlei;Xiao Dongliang;Han Sihao;Han Qiang
  • 通讯作者:
    Han Qiang
Analysis of wave propagation in functionally graded piezoelectric composite plates reinforced with graphene platelets
石墨烯片增强功能梯度压电复合板中的波传播分析
  • DOI:
    10.1016/j.apm.2020.01.016
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Applied Mathematical Modeling
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Li Chunlei;Han Qiang;Wang Zhan;Wu Xin
  • 通讯作者:
    Wu Xin
Topologically tunable local-resonant origami metamaterials for wave transmission and impact mitigation
用于波传输和冲击缓解的拓扑可调谐局部谐振折纸超材料
  • DOI:
    10.1016/j.jsv.2022.117548
  • 发表时间:
    2023-03
  • 期刊:
    Journal of Sound and Vibration
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Jiang Tengjiao;Han Qiang;Li Chunlei
  • 通讯作者:
    Li Chunlei

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其他文献

基于中西医临床病证特点的慢性阻塞性肺疾病稳定期动物模型分析
  • DOI:
    10.19540/j.cnki.cjcmm.20210609.703
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  • 期刊:
    中国中药杂志
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    --
  • 作者:
    李磊;李春雷;孙会卓;阎玥;史琦;司东旭;吴东良;李友林
  • 通讯作者:
    李友林
A Complete Characterization of the APN Property of a Class of Quadrinomials
一类四项式APN性质的完整表征
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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全级配混凝土动态特性试验研究综述
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李春雷;胡晓
  • 通讯作者:
    胡晓
局域交换场和电场调控的锗烯纳米带自旋过滤效应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    郭永
四端双量子点系统中的自旋和电荷能斯特效应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑军;李春雷;杨曦;郭永
  • 通讯作者:
    郭永

其他文献

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折纸蜂窝超材料的应力波衰减、缓冲吸能机理及多功能抗冲击反向设计
  • 批准号:
    12372357
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    52 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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