基于精确几何缺陷描述的壳体概率屈曲研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11602106
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 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

The buckling problems of thin-walled shell structures received considerable amount of attention in the past century. The sensitivity of shell structures to its geometric imperfections is one of the key points of shell buckling research. In traditional finite element framework, the geometries of imperfect shell structures are approximated using facet faces which will lead to discretization errors, and these errors sometimes have great influences on the final buckling loads of shell structures..In this research project, we propose a NURBS-based surface reconstruction method to fit the point cloud data of real shell geometric imperfections, by which the geometric discretization errors of shells can be naturally avoided. The reconstructed real shell surfaces will be utilized directly in the framework of isogeometric analysis without further need of meshing. The high-order and high-continuity NURBS basis will be fully exploited to the study of buckling of shell structures with real geometric imperfections. An arc-length path following technique will be developed to trace both the pre- and post-buckling phenomena of such shell structures, and the sensitivity of shell buckling to the geometric imperfections will be carried out. In addition, by introducing the concept of random fields, a set of shell samples with random geometric imperfections can be generated. Then the probability features of shell buckling loads can be obtained using direct Monte Carlo simulation, based on which, the reliability analysis can be conducted..Based on the accurate reconstruction and spectra representation of random geometric imperfections of shell structures, more reliable and accurate buckling loads can be obtained using direct Monte Carlo simulation. The proposed research framework could provide the shell designers with a better guideline than the well-known NASA SP-8007, and resulting in a more robust and accurate shell design.
薄壁壳体的屈曲问题一直受到广泛关注,其对于几何缺陷的敏感性一直是壳体稳定性研究的重点。使用传统有限元方法对壳体真实几何缺陷表面进行面片化离散时,会不可避免地产生误差,从而导致所预测的屈曲载荷值的较大偏差。.本项目拟结合逆向工程、等几何方法及随机分析研究具有精确几何缺陷描述的壳体概率屈曲问题。主要内容为:采用基于NURBS的曲面重构方法对壳体真实的几何缺陷点云数据进行逆向建模,建立精确的壳体几何模型,消除了几何离散误差;巧妙地结合等几何方法研究具有精确几何缺陷描述的壳体前、后屈曲规律以及对缺陷的敏感度;建立壳体几何缺陷随机场模型,结合蒙特卡洛模拟,统计屈曲载荷值的分布特征,并进行壳体屈曲的可靠性分析。.本项目预期得到更为可靠的屈曲载荷,揭示精确几何缺陷描述对壳体屈曲的影响及规律,为设计人员提供优于NASA SP-8007准则的参考,提升壳体屈曲设计的精度,具有较为重要的科学研究价值。

结项摘要

薄壁圆柱壳的屈曲对于几何缺陷非常敏感,且传统有限元会产生几何离散误差,本研究结合光滑连续的NURBS样条曲面对各项同性圆柱壳的真实几何缺陷进行重构,并巧妙地结合了基于NURBS的等几何方法,研究了薄壁壳体的非线性屈曲问题,在此基础上,对各项同性圆柱壳体进行了概率屈曲分析。此外,本研究针对复杂薄壁结构建立了一整套分析方法,包括针对剪裁曲面的有限单胞法,以及针对多片曲面耦合的Nitsche方法等。本研究通过一系列数值算例验证了所提方法的精确性以及可靠性等。首先,通过实例验证了等几何壳单元以及非线性求解器的精度,结果表明在相同自由度下,该壳单元比有限元精度更高。其次,通过一些复杂算例验证了有限单胞法以及Nitsche多片耦合方法的精度,其可以实现剪裁曲面耦合界面上的内力及弯矩的连续,并且能准确捕捉其屈曲载荷以及位移载荷曲线。再次,本研究对各项同性圆柱壳的实测几何缺陷进行NURBS重构,并引入等几何分析模型,结果表明,几何缺陷对其屈曲载荷影响较大,相比于理论屈曲值,其降低了约20%。最后,结合几何缺陷随机场的谱表示方法,生成了大量随机样本,并进行了蒙特卡洛分析,得到了圆柱壳的屈曲载荷的分布形式,其均值与实验均值较为接近,表明了本研究的有效性。

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(2)
专利数量(2)
Variationally consistent isogeometric analysis of trimmed thin shells at finite deformations, based on the STEP exchange format
基于 STEP 交换格式的有限变形下修剪薄壳的变分一致等几何分析
  • DOI:
    10.1016/j.cma.2018.02.027
  • 发表时间:
    2018-07-01
  • 期刊:
    COMPUTER METHODS IN APPLIED MECHANICS AND ENGINEERING
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Guo, Yujie;Heller, Jason;Schillinger, Dominik
  • 通讯作者:
    Schillinger, Dominik
Global-local model coupling for composite shell structures in the framework of isogeometric analysis
等几何分析框架下复合壳体结构的全局局部模型耦合
  • DOI:
    10.1016/j.compstruct.2017.05.069
  • 发表时间:
    2017-09
  • 期刊:
    Composite Structures
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Yujie Guo
  • 通讯作者:
    Yujie Guo
A parameter-free variational coupling approach for trimmed isogeometric thin shells
修剪等几何薄壳的无参数变分耦合方法
  • DOI:
    10.1007/s00466-016-1368-x
  • 发表时间:
    2017-04
  • 期刊:
    Computational Mechanics
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Yujie Guo;Martin Ruess;Dominik Schillinger
  • 通讯作者:
    Dominik Schillinger
A NURBS-based finite cell method for structural topology optimization under geometric constraints
几何约束下基于NURBS的有限元结构拓扑优化方法
  • DOI:
    10.1016/j.cagd.2019.05.001
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Computer Aided Geometric Design
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    Gao Yuliang;Guo Yujie;Zheng Shijie
  • 通讯作者:
    Zheng Shijie
Ultraviolet-activated frequency control of beams and plates based on isogeometric analysis
基于等几何分析的梁和板的紫外激活频率控制
  • DOI:
    10.1115/1.4038948
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Vibration and Acoustics-Transactions of the ASME
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Yujie Guo;Hornsen Tzou
  • 通讯作者:
    Hornsen Tzou

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Vacuum induced transparency and slow light phenomena in a two-level atomic ensemble controlled by a cavity
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    聂文杰
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  • 通讯作者:
    周力平
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  • 发表时间:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    陈浮

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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

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          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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