柔性仿生非线性流固耦合系统深度学习降阶模型研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11872293
  • 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:
    A0810.流固耦合力学
  • 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 intelligent flexible bio-inspired aircraft that actively utilizes the fluid-structure interaction effects is one of the important development directions of the future disruptive conceptual aircraft. The existing system identification based reduced-order model and flow-feature decomposition based reduced-order model are difficult to accurately predict the nonlinear dynamic behavior of the flexible bio-inspired structure in the complex unsteady flow field under large deformation or large motion. This project aims at quickly and accurately predicting the nonlinear dynamic behaviors of flexible bio-inspired fluid-structure coupled systems with multi-scale flow phenomena such as the flow separation,vorticity movement and etc. The deep neural network based reduced-order model for unsteady flow fields will be explored.The modeling strategy of the deep learning reduced-order model (DLROM) for nonlinear fluid-structure coupled system is investigated. The deep learning reduced-order models suitable for two-dimensional and three-dimensional nonlinear fluid-structure coupling system of flexible bio-inspired structure are proposed. The DLROM will provide a new powerful method and tool for the rapid prediction of the nonlinear dynamic behaviors, control modeling and optimization design of flexible bio-inspired nonlinear fluid-structure coupling systems.The innovations of this project are: fluid-structure coupled deep learning reduced-order model with combined neural network based on the traditional deep convolution neural network and non-convolution network; the construction method of 3D deep convolution network based reduced-order model for nonlinear Bio-inspired fluid-structure coupling system.
柔性翼翅和柔性身体所蕴藏的丰富流固耦合机理和气动弹性效应是昆虫、鸟类和鱼类获得非凡飞行游走性能的关键因素之一。主动利用流固耦合效应的智能柔性仿生飞行器是未来颠覆性新概念飞行器的重要发展方向。现有系统辨识和特征分解流固耦合降阶模型难以对柔性仿生结构在复杂非定常流场中的大幅大变形运动非线性动力学行为进行准确预测。本项目针对含有流动分离和漩涡等多尺度流动现象的柔性仿生流固耦合系统非线性动力学行为快速准确预测难题,研究非定常流场深度神经网络降阶模型建模方法,探索非线性流固耦合系统深度学习降阶模型建模策略与框架,提出适用二维和三维柔性仿生流固耦合系统的深度学习降阶模型,为智能仿生变形飞行器等柔性仿生非线性流固耦合系统动力学行为的快速预测、控制建模和优化设计提供新方法和工具支撑。本项目创新点为:深度卷积网络和非卷积网络复合的流固耦合深度学习降阶模型;非线性流固耦合系统三维深度卷积网络降阶模型构造方法。

结项摘要

本项目针对柔性仿生流固耦合系统非线性动力学行为快速准确预测难题,研究了非定常流场深度神经网络降阶模型建模方法。开展了深度神经网络流场降阶及高维重构的研究,对不同时刻的非定常流场进行降阶和重构,并采用该方法对低速非定常流场进行时空预测。通过构造并改进混合深度神经网络,还实现了对高速跨声速抖振这一强非线性复杂非定常流场的快速准确预测。同时,发展了一种新的混合深度神经网络,实现了对运动边界周围非定常流场的快速准确预测,研究了神经网络参数对预测结果的影响。最终建立了非线性流固耦合系统深度学习降阶模型建模策略与框架,提出适用柔性仿生流固耦合系统的深度学习降阶模型,实现了对不同结构参数流固耦合系统响应的快速预测。此外,本研究还发展了一种仿生柔性结构非定常流固耦合运动的可并行高精度IB-LB-FEM数值模拟方法,并开展了仿生柔性襟翼流动控制机理研究以及气动噪声机理研究。研究成果为智能仿生变形飞行器等柔性仿生非线性流固耦合系统动力学行为的快速预测、控制建模和优化设计提供新方法和工具支撑。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Effects of individual horizontal distance on the three-dimensional bionic flapping multi-wings in different schooling configurations
不同学校配置下个体水平距离对三维仿生扑动多翼的影响
  • DOI:
    10.1063/1.5087624
  • 发表时间:
    2019-04-01
  • 期刊:
    PHYSICS OF FLUIDS
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Han, Jiakun;Zhang, Yang;Chen, Gang
  • 通讯作者:
    Chen, Gang
Morphing control of a new bionic morphing UAV with deep reinforcement learning
深度强化学习新型仿生变形无人机的变形控制
  • DOI:
    10.1016/j.ast.2019.05.058
  • 发表时间:
    2019-09-01
  • 期刊:
    AEROSPACE SCIENCE AND TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Xu, Dan;Hui, Zhe;Chen, Gang
  • 通讯作者:
    Chen, Gang
Experimental investigation on tip-vortex flow characteristics of novel bionic multi-tip winglet configurations
新型仿生多尖端小翼结构尖端涡流特性实验研究
  • DOI:
    10.1063/5.0036369
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Physics of Fluids
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Hui Zhe;Cheng Gui;Chen Gang
  • 通讯作者:
    Chen Gang
Aerodynamic performance investigation on a morphing unmanned aerial vehicle with bio-inspired discrete wing structures
仿生离散机翼变形无人机气动性能研究
  • DOI:
    10.1016/j.ast.2019.105419
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    Aerospace Science and Technology
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Zhe Hui;Yang Zhang;Gang Chen
  • 通讯作者:
    Gang Chen
Transient effects during transitions of bio-inspired flapping foils between two different schooling configurations
仿生扑翼在两种不同学校教育配置之间转换期间的瞬态效应
  • DOI:
    10.1177/09544062211047356
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
    Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jiakun Han;Gang Chen
  • 通讯作者:
    Gang Chen

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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    胡卓焕
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    鲁华祥
台风对钱塘江涌潮影响研究
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    10.3969/j.issn.1001-909x.2020.04.004
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    海洋学研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    潘存鸿;潘冬子;郑君;陈刚
  • 通讯作者:
    陈刚

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高雷诺数不可压湍流中柔性结构非线性流固耦合振动机理研究
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AI项目解读示例

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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