基于三角小波有限元的桥梁稳定极限承载力自适应计算理论研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51478159
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    83.0万
  • 负责人：
    任伟新
  • 依托单位：
    合肥工业大学
  • 学科分类：
    E0805.工程材料
  • 结题年份：
    2018
  • 批准年份：
    2014
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The ultimate load-carrying capacity of bridge structures has to involve in the material nonlinearity. However, the structural elastic-plasticity always occures in the local zone of the structure and this elastic-plastic zone develops gradually with the increase in the applied loads. To consider these issues, it is required that the finite elements are adaptive. Unfortunately, the current conventional finite elements has a dificulty to automatically trace the occrence and development of structural elastic plastcity.In this project, the trigonometric Hermite wavelet, which has both good approximation characteristics of trigonometric function and multi-resolution, local characteristics of wavelet, is introduced into the field of structural analysis. Taking wavelet function as interpolation function, the trigonometric wavelet finite element formulation of beam, plane frame structure is derived, and the deformation, vibration and stability of beam and frame structure are calculated accordingly. Thereafter, to take into account for both structural geometric and material nonlinearities, the total Lagrange and updated Lagrange trigonometric wavelet finite element formulations for bridge nonlinear analysis are established based on three dimensional virtual incremental equations. By using trigonometric wavelet hierachical element and multi-resolution trigonometric wavelet element, the adaptive trigonometric wavelet element formulation is finally realized to carry out the adaptive structural nonlinear analysis. This project is aimed at solving the key problem on the localization and development of structural elastic-plasticity to perform the more accurate analysis of the ultimate-load carrying capacity of bridges.
桥梁稳定极限承载力势必涉及材料非线性,然而结构的弹塑性总是在结构的局部形成，且随着荷载的增加，弹塑性区不断发展，这就要求有限元需要有这种自适应性，而常规有限元方法在跟踪和考虑结构弹塑性区逐步地发展有其本质的不足。项目将同时具有三角函数良好逼近特性和小波多分辨率与局部特性的Hermite插值型三角小波引入结构分析领域，采用三角小波作为插值函数，推导杆系结构的三角小波有限元列式，进行结构的变形、振动和稳定计算；在此模型基础上考虑桥梁的几何和材料非线性，基于三维虚功增量方程，建立桥梁结构非线性分析TL 和UL三角小波有限元列式；最后运用三角小波升阶谱有限元和多分辨率三角小波单元，实现三角小波有限元的自适应分析。项目旨在从理论、数值模拟和试验三个方面，解决桥梁稳定极限承载力分析中局部弹塑性和弹塑性区逐步发展的难题，实现桥梁结构稳定极限承载力更精细化分析，项目研究具有较大的理论意义和工程实用价值。

结项摘要

桥梁稳定极限承载力势必涉及材料非线性,然而结构的弹塑性总是在结构的局部形成，且随着荷载的增加，弹塑性区不断发展，这就要求有限元需要有这种自适应性，而常规有限元方法在跟踪和考虑结构弹塑性区逐步地发展有其本质的不足。项目将同时具有三角函数良好逼近特性和小波多分辨率与局部特性的Hermite插值型三角小波引入结构分析领域，采用三角小波作为插值函数，推导杆系结构的三角小波有限元列式，进行结构的变形、振动和稳定计算；在此模型基础上考虑桥梁的几何和材料非线性，基于三维虚功增量方程，建立桥梁结构非线性分析TL 和UL三角小波有限元列式；最后运用三角小波升阶谱有限元和多分辨率三角小波单元，实现三角小波有限元的自适应分析。项目完成的主要研究工作包括：..1. 选择确定了Hermite插值型三角小波，作为 型单元的插值函数。.2. 推导了三角小波梁单元和刚架单元有限元列式，建立桥梁结构的小波有限元模型，进行梁、刚架的变形、振动和稳定计算。.3. 运用三角小波升阶谱有限元和多分辨率三角小波单元，实现了三角小波有限元的自适应分析，并与常规有限元的自适应分析结果进行比较。.4. 利用小波的优良特性—自适应性、局部性、多分辨与紧支性，解决了桥梁稳定极限承载力分析中局部弹塑性和弹塑性区逐步发展的问题，实现了桥梁结构稳定极限承载力更精细化分析。.. 研究结果表明：三角小波函数本身是一种自适应函数，同时具有优良的特性—局部性、多分辨与紧支性，采用三角小波函数作为有限单元插值函数，能够实现自适应的升阶，可以不依赖网格自适应剖分技术，实现自适应有限元分析，可用于结构稳定极限承载力更精细化分析。项目研究达到了的预期研究目标。. . 本项目已经发表国际一流期刊论文9篇（SCI，EI同时收录），国内重要期刊论文1篇（EI收录），发表的论文均标注获本项目基金资助。本项目已经培养毕业博士研究生1人，硕士研究生3人。

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）
基于振动响应传递比函数的系统识别研究进展
  • DOI：
    10.6052/j.issn.1000-4750.2017.01.0073
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    工程力学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    颜王吉;王朋朋;孙倩;任伟新
  • 通讯作者：
    任伟新
Two-phase damage detection of beam structures under moving load using multi-scale wavelet signal processing and wavelet finite element model
利用多尺度小波信号处理和小波有限元模型检测移动荷载下梁结构的两相损伤
  • DOI：
    10.1016/j.apm.2018.10.005
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Applied Mathematical Modelling
  • 影响因子：
    5
  • 作者：
    Wen-Yu He;Songye Zhu;Wei-Xin Ren
  • 通讯作者：
    Wei-Xin Ren
Structural damage detection using a parked vehicle induced frequency variation
使用停放车辆引起的频率变化进行结构损坏检测
  • DOI：
    10.1016/j.engstruct.2018.05.082
  • 发表时间：
    2018-09-01
  • 期刊：
    ENGINEERING STRUCTURES
  • 影响因子：
    5.5
  • 作者：
    He, Wen-Yu;Ren, Wei-Xin
  • 通讯作者：
    Ren, Wei-Xin
Analytical local and global sensitivity of power spectrum density functions for structures subject to stochastic excitation
受随机激励的结构的功率谱密度函数的局部和全局灵敏度分析
  • DOI：
    10.1016/j.compstruc.2016.12.005
  • 发表时间：
    2017-04
  • 期刊：
    Computers & Structures
  • 影响因子：
    4.7
  • 作者：
    Wang-Ji Yan;Hua-Ping Wan;Wei-Xin Ren
  • 通讯作者：
    Wei-Xin Ren
Time-frequency analysis and applications in time-varying and nonlinear civil engineering structures: a-state-of-the-art review
时频分析及其在时变和非线性土木工程结构中的应用：最新评论
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Advances in Structural Engineering
  • 影响因子：
    2.6
  • 作者：
    Zuo-Cai Wang;Wei-Xin Ren任伟新;Gen-Da Chen
  • 通讯作者：
    Gen-Da Chen

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    --
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  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    吴鹏;任伟新
  • 通讯作者：
    任伟新

其他文献

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任伟新的其他基金

基于响应传递比的桥梁结构应变模态参数识别方法研究
  • 批准号：
    51778204
  • 批准年份：
    2017
  • 资助金额：
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空间多点地震激励下桥梁结构非线性碰撞机理及减震研究
  • 批准号：
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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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