功能梯度材料瞬态传热问题的等几何边界元法及其反问题非迭代法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11872166
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0708.动力学设计与反问题
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The transient heat transfer direct and inverse problems of functional graded materials (FGM) exist widely in aerospace, nuclear engineering fields and so on. The study of direct problem and the inverse of boundary conditions and geometry shapes can provide the reference and guide to design and operate safely for the equipment. Based on the fundamental solution of potential problem and the weighted residual method, the isogeometric boundary integral equation is established, where the dual reciprocity method and precise integration method are used to transform domain integrals into boundary integrals and deal with the time-domain, respectively. On this basis, the non-iterative inverse method is proposed in this project by means of the matrix transformation scheme. Also, the error function is set by seeking the relation between measurement points and boundary points to prepare inverse. To realize the inverse boundary conditions, the extremum of error function is solved based on the least square method. Meanwhile, the inverse boundary condition problems are transformed by the basis function. By introducing the virtual boundary, the inverse geometry shape problem is transformed to inverse the boundary condition of virtual boundary. Furthermore, the contour line or surface is searched to achieve the identification of geometry shape in all over the domain. To verify and improve the non-iterative inverse method, some factors will be discussed such as the measured error, the position and number of measurement points and so on, and comparing with other inversed methods. This study will provide a new method for solving the direct transient heat transfer problems of FGM and establish the new theory simultaneously to quickly inverse transient heat transfer problems.
功能梯度材料瞬态传热正、反问题广泛存在于航空航天、核工程等领域,正问题及反演边界条件和几何形状问题的研究可为设备的设计、安全运行提供参考依据和指导。本项目采用位势问题基本解,利用加权余量法,建立功能梯度材料瞬态传热的等几何边界积分方程,其中双重互易和精细积分法被分别用来进行域积分的转化和时域的处理。基于此,本项目提出非迭代反演方法,借助矩阵变换技术,探寻测点与待演边界点之间的关系,建立误差函数。同时利用基函数将反演边界条件问题进行转化,基于最小二乘法对误差函数求极值,实现边界条件的反演。引入虚边界将反几何形状问题转化为反虚边界条件问题,在全域内搜索等值线、面,进而实现几何形状的反演。考虑测量误差、测点的数量和位置等信息对反演结果的影响,并与其他反演方法进行对比,验证和改进非迭代反演方法。本项目研究将为分析功能梯度材料瞬态传热正问题提供一种新方法的同时,可为快速反演瞬态传热问题建立新的理论。

结项摘要

功能梯度材料作为一种即古老而又充满生命力的非均质材料,已被广泛用于航空航天、汽车等制造业。本项目重点关注功能梯度材料瞬态传热的等几何边界元法和反载荷及几何问题的非迭代法研究,等几何边界元发展至今已有近10年的历史,但基本都关注在求解稳态问题,其根本原因就是无法避免域积分的求解。本项目采用位势问题基本解推导了瞬态二维和三维传热边界积分方程,建立了等几何边界元基本理论,采用双重互易法将域积分转换为边界积分,保留了边界元法仅离散边界单元的优点。分析了单片三维螺旋桨、多片复杂战斗机等模型,耦合精细积分法取得了较为稳定准确的结果。基于此,采用最小二乘法建立了反几何问题的非迭代求解理论,引入了虚拟边界实现了二维及三维几何的重构。同时,为了实现复杂几何的准确反演,项目负责人与合作者提出了逐步域推进法和基于Gappy POD的直接反演计划,并取得了令人满意的识别结果。基于本项目执行期所取得的成果,项目负责人进一步拓展研究了考虑不确定性非傅里叶瞬态传热的等几何边界元法和利用拓扑优化方法进行缺陷识别的研究。项目执行期所取得的研究成果可为结构设计提供正问题分析方法,亦可为结构安全运行提供有效指导。四年间项目负责人共指导毕业研究生5人,在国内外重要期刊共发表高水平学术论文16篇,其中等几何双重互易边界元法一文为高被引论文。本项目的实施为等几何边界元法分析瞬态问题提供了一种新思路,同时进一步拓展了非迭代法的研究范畴。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A non-iterative identification method of dynamic loads for different structures
不同结构动载荷的非迭代辨识方法
  • DOI:
    10.1016/j.jsv.2020.115508
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    Journal of Sound and Vibration
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Yu Bo;Wu Yue;Hu Pengmin;Ding Junfeng;Zhou Huanlin;Wang Baozhen
  • 通讯作者:
    Wang Baozhen
The identification of voids and inclusions based on the parameter level set method using boundary data
基于边界数据参数水平集法的空洞和夹杂物识别
  • DOI:
    10.1016/j.apm.2022.08.015
  • 发表时间:
    2022-08
  • 期刊:
    Applied Mathematical Modelling
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Bo Yu;Pengmin Hu;Peng Wei;Geyong Cao;Baozheng Wang
  • 通讯作者:
    Baozheng Wang
Isogeometric dual reciprocity BEM for solving non-Fourier transient heat transfer problems in FGMs with uncertainty analysis
等几何双倒易边界元法通过不确定性分析解决 FGM 中的非傅里叶瞬态传热问题
  • DOI:
    10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.123783
  • 发表时间:
    2023-04
  • 期刊:
    International Journal of Heat and Mass Transfer
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Geyong Cao;Bo Yu;Leilei Chen;Weian Yao
  • 通讯作者:
    Weian Yao
动载荷识别的非迭代法研究
  • DOI:
    10.21656/1000-0887.390211
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    应用数学和力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    余波;吴月;聂川宝;高强
  • 通讯作者:
    高强
A novel inversion approach for identifying the shape of cavity by combining Gappy POD with direct inversion scheme
Gappy POD与直接反演方案相结合的识别空腔形状的新型反演方法
  • DOI:
    10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119365
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    International Journal of Heat and Mass Transfer
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Yu Bo;Tong Yu;Hu Pengmin;Gao Qiang
  • 通讯作者:
    Gao Qiang

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    唐睿楷

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功能梯度材料瞬态热弹性分析的精细时域展开边界元法研究
  • 批准号:
    11502063
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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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