复杂产品模型等几何有限块理论方法及技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51705158
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0506.机械设计学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Isogeometric analysis directly implements structural performance analysis based on exact CAD models, which is able to avoid the trivial operations caused by the difference between design and analysis models in the product design. However, the spline-parameterized models of complex product models are unavailable that makes isogeometric analysis difficult to solve the engineering models with complex geometries. This project will combine isogeometric analysis with finite cell method and immerse the complex model into a regular finite cell domain to solve the problems. The elements in the immersed domain are divided into solid elements, fictitious elements and trimmed elements by the geometric intersection approach, and a numerical integration method for irregular domains is proposed to compute the stiffness matrices of the trimmed elements, and then the isogeometric analysis for complex product models is achieved. In addition, a reusing strategy of element stiffness matrix is presented according to the element characteristics of the isogeometric finite cell method, which further improves the computational efficiency of the isogeometric finite cell method. The basic theory, core algorithm and key technology of this research retain the advantages of isogeometric analysis, e.g., high accuracy and high efficiency, and break the bottleneck that isogeometric analysis is unachievable in solving complex models, and solve the problem that the geometric boundary cannot be maintained in the conventional finite cell method. The research of this project not only provides technical support for the development of integrated 3D CAD/CAE software, but also promotes the innovative design ability in our manufacturing products.
等几何分析直接基于CAD精确模型进行结构性能分析,可避免产品设计中设计、分析模型差异引起的繁琐交互。然而,复杂产品模型的样条参数化模型获取极其困难,造成等几何分析难以求解形状复杂的工程实际模型。本项目将等几何分析与有限块法相结合,把复杂模型嵌入规整有限块区域进行求解,通过几何求交技术将嵌入域中的单元划分为实单元、虚单元和裁剪单元,并提出一种适用于不规则区域的数值积分方法以完成裁剪单元刚度矩阵计算,实现复杂产品模型的等几何分析。此外,根据等几何有限块法的单元特性,研究并提出一种单元刚度矩阵重用技术,进一步提高等几何有限块法的计算效率。本项目所研究的基础理论、核心算法及关键技术,既可保留等几何分析高精度、高效率等优点,又可克服等几何分析求解复杂模型的瓶颈,还能解决传统有限块法模型几何边界丢失的问题,为集成化的三维CAD/CAE设计分析软件研制提供技术支撑,有利于提升我国制造业产品创新设计能力。

结项摘要

等几何分析直接基于CAD精确模型进行结构性能分析,可避免产品设计中设计、分析模型差异引起的繁琐交互。然而,复杂产品模型的样条参数化模型获取极其困难,造成等几何分析难以求解形状复杂的工程实际模型。本项目将等几何分析与有限块法相结合,把复杂模型嵌入规整背景嵌入域进行求解。首先,通过计算CAD面片与嵌入域网格的最小有向距离,获取原几何模型的水平集隐式表达,从而根据该水平集值判断复杂模型在背景嵌入域中所占据的位置,实现复杂模型的有限块参数化表达。其次,基于嵌入域几何模型水平集函数值,将嵌入域单元划分为实单元、虚单元和裁剪单元,建立了不规则裁剪单元的自适应数值积分方法。然后,根据嵌入域形状规则的特点,提出了等几何有限块单元刚度矩阵重用方法,进一步提高了等几何有限块法的计算效率。最后,开发了等几何有限块分析原型系统,完成了复杂几何模型的实验验证,并将研究成果在结构拓扑优化中进行应用。本项目的基础理论、核心算法及关键技术,保留了等几何分析高精度、高效率的优点,突破了等几何分析求解复杂模型的瓶颈,为CAD/CAE设计分析一体化软件研制提供了技术支撑,有利于提升制造业设计能力。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
A new isogeometric topology optimization using moving morphable components based on R-functions and collocation schemes
基于 R 函数和配置方案的使用移动可变形组件的新等几何拓扑优化
  • DOI:
    10.1016/j.cma.2018.04.048
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Xie Xi;a;Wang Shuting;Xu Manman;Wang Yingjun
  • 通讯作者:
    Wang Yingjun
Structural Design Optimization Using Isogeometric Analysis: A Comprehensive Review
使用等几何分析的结构设计优化:综合回顾
  • DOI:
    10.31614/cmes.2018.04603
  • 发表时间:
    2018-12
  • 期刊:
    Computer Modeling in Engineering & Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wang Yingjun;Wang Zhenpei;Xia Zhaohui;Poh Leong Hien
  • 通讯作者:
    Poh Leong Hien
Efficient topology optimization based on DOF reduction and convergence acceleration methods
基于自由度缩减和收敛加速方法的高效拓扑优化
  • DOI:
    10.1016/j.advengsoft.2020.102890
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
    Advances in Engineering Software
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Zheng Wei;Wang Yingjun;Zheng Yongfeng;Da Daicong
  • 通讯作者:
    Da Daicong
Truncated hierarchical B-spline-based topology optimization
基于截断分层 B 样条的拓扑优化
  • DOI:
    10.1007/s00158-019-02476-4
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Structural and Multidisciplinary Optimization
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Xie Xi;a;Wang Shuting;Wang Yingjun;Jiang Ning;Zhao Wei;Xu Manman
  • 通讯作者:
    Xu Manman
基于拓扑优化的变密度点阵结构体优化设计方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    廖中源;王英俊;王书亭
  • 通讯作者:
    王书亭

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其他文献

An adaptive dual-information FMBEM for 3D elasticity and its GPU implementation
3D弹性自适应双信息FMBEM及其GPU实现
  • DOI:
    10.1016/j.enganabound.2012.09.012
  • 发表时间:
    2013-02
  • 期刊:
    Engineering Analysis with Boundary Elements
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    王英俊;王启富;王刚;黄运保;王书亭
  • 通讯作者:
    王书亭
考虑节点剪切变形的梁柱节点受剪承载力计算模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    建筑结构
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王海;梁兴文;王英俊
  • 通讯作者:
    王英俊
纤维增强混凝土梁柱节点计算模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    土木建筑与环境工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王英俊;梁兴文;李方圆;王海
  • 通讯作者:
    王海
纤维增强混凝土梁柱节点受剪承载力计算
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    工程力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王英俊;梁兴文
  • 通讯作者:
    梁兴文
量子点光谱成像技术与重建仿真
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    光谱学与光谱分析
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王英俊;周锦松;魏立冬;张桂峰;朱东亮;郭三维;唐宏武;庞代文
  • 通讯作者:
    庞代文

其他文献

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王英俊的其他基金

面向复杂设计域的高效等几何拓扑优化方法
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    58 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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