考虑断裂性能的仿生周期性多层级复合材料拓扑优化

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11902064
  • 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:
    A0806.材料和结构的优化设计、制造与可靠性
  • 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

The topology optimization of material microstructural unit cell that considers fracture performance is one of the most challenging problems in topology optimization-based material design. Based on the heavy demand of composite materials in the industrial field, this project is to study the basic mechanism of topology optimization concerning biomimetic and periodic hierarchical composite materials, explore the reasonable expressions of the optimization indicators for fracture toughness, fracture strength and fracture tolerance, and develop the topology optimization model of hierarchical composite materials with consideration of fracture performance. For scientific problems about the mechanism to tune the fracture toughness and fracture strength of the periodic hierarchical composite materials, the key aspects that affect the material’s fracture tolerance, and the topology optimization model of hierarchical composite materials that are suitable for preparation with consideration of fracture performance, new achievements are expected in the researches of reasonable expressions of optimization objective functions that represent the fracture toughness and fracture strength of the composite materials, the topology optimization constraint concerning the composite material’s fracture tolerance, and the topology optimization model for periodic hierarchical composite considering fracture performance. These works will provide meaningful guidance to the in-depth understanding of the design of periodic hierarchical composite considering fracture performance and the improvement in the composite materials design.
考虑断裂性能的材料设计问题是材料单胞微结构拓扑优化中极具挑战性的问题之一。本项目以工业领域中大量的复合材料应用需求为背景,深入研究仿生周期性多层级复合材料拓扑优化基础机理,探究合理表征多层级复合材料断裂韧性、断裂强度以及断裂容忍性的优化性能指标,并发展考虑断裂性能的多层级复合材料拓扑优化模型。针对多层级复合材料多失效模式下断裂韧性及断裂强度的调控机理、影响多层级复合材料断裂容忍性的结构机制、适于制备的多层级复合材料断裂性能拓扑优化模型等关键科学问题,预期在建立准确表征多层级复合材料断裂韧性及断裂强度的优化双目标函数、提出有效限定其断裂容忍性的拓扑优化约束条件、建立考虑断裂性能的多层级复合材料单胞拓扑优化列式及求解方法方面开展系统的创新性研究。项目对深入理解多层级复合材料设计机理,完善考虑断裂性能的复合材料优化方法,提高拓扑优化引导的复合材料设计水平具有指导意义。

结项摘要

面向刚度、强韧性等力学性能的材料微结构拓扑优化是超材料设计的研究热点之一。本项目以工业领域中大量的轻质、高刚度/强韧性材料应用需求为背景,基于生物材料微结构构型启发,深入研究周期性复合材料拓扑优化基础机理,探究高效表征周期性复合材料微结构的拓扑降维参数化方法,发展针对强韧性等力学性能的复合材料微结构非梯度拓扑优化模型及材料与结构一体化拓扑优化方法。针对复合材料微结构构型的拓扑降维表征模型、周期性复合材料多种力学性能指标的调控机理、材料微结构/材料与结构一体化优化列式及求解方法等关键科学问题,提出了基于周期性材料场级数展开的材料微结构拓扑表征方法,建立了确保多类单胞微结构优化过程中任意空间排布可连接性的可制造性优化约束,发展了面向刚度强度等力学性能指标的周期性复合材料单胞及材料与结构一体化拓扑优化列式及求解方法,获得了创新的复合材料微结构设计,显著增强多尺度优化设计的增材制造可制造性。项目对深入理解周期性复合材料设计机理,完善复合材料优化方法,提高拓扑优化引导的复合材料设计水平具有指导意义。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Topological design of freely vibrating bi-material structures to achieve the maximum band gap centering at a specified frequency
自由振动双材料结构的拓扑设计,以实现以指定频率为中心的最大带隙
  • DOI:
    10.1115/1.4050621
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    JOURNAL OF APPLIED MECHANICS-TRANSACTIONS OF THE ASME
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Liu Pai;Zhang Xiaopeng;Luo Yangjun
  • 通讯作者:
    Luo Yangjun
考虑界面力学性能的组件及结构的协同优化
  • DOI:
    10.6052/0459-1879-21-010
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马晶;赵明宣;王浩淼;刘湃;亢战
  • 通讯作者:
    亢战
Two-scale concurrent topology optimization of lattice structures with connectable microstructures
具有可连接微结构的晶格结构的两尺度并发拓扑优化
  • DOI:
    10.1016/j.addma.2020.101427
  • 发表时间:
    2020-12-01
  • 期刊:
    ADDITIVE MANUFACTURING
  • 影响因子:
    11
  • 作者:
    Liu, Pai;Kang, Zhan;Luo, Yangjun
  • 通讯作者:
    Luo, Yangjun
Multi-material structural topology optimization considering material interfacial stress constraints
考虑材料界面应力约束的多材料结构拓扑优化
  • DOI:
    10.1016/j.cma.2020.112887
  • 发表时间:
    2020-05-01
  • 期刊:
    COMPUTER METHODS IN APPLIED MECHANICS AND ENGINEERING
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Liu, Pai;Shi, Litao;Kang, Zhan
  • 通讯作者:
    Kang, Zhan
A MATLAB code for the material-field series-expansion topology optimization method
材料场级数展开拓扑优化方法的 MATLAB 代码
  • DOI:
    10.1007/s11465-021-0637-3
  • 发表时间:
    2021-08
  • 期刊:
    Frontiers of Mechanical Engineering
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Liu Pai;Yan Yi;Zhang Xiaopeng;Luo Yangjun
  • 通讯作者:
    Luo Yangjun

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其他文献

室外风对高层建筑外保温层火灾发展的影响研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    防灾减灾工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    史健勇;刘湃;许清风
  • 通讯作者:
    许清风
Buckling assessment of thin-walled plates with uncertain geometrical imperfections based on non-probabilistic field model
基于非概率场模型的不确定几何缺陷薄壁板屈曲评估
  • DOI:
    10.1016/j.tws.2019.106435
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    Thin-Walled Structures
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    罗阳军;战俊杰;刘湃
  • 通讯作者:
    刘湃

其他文献

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刘湃的其他基金

含界面多材料结构热应力约束拓扑优化方法与失效模式调控机理研究
  • 批准号:
    12372120
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    53.00 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

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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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