基于等几何分析的变刚度层合结构优化技术

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51775202
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0506.机械设计学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Under the condition of current manufacturing capabilities, it is most likely to produce the most lightweight body structures for products in the areas like aerospace industry with variable-stiffness composite laminates, which are made by means of ply-drop or placing fibers in curvilinear paths. However, the lightweight design of variable-stiffness laminates often fails because of the difficulties encountered in solving the optimization problem with the characteristics of nonlinearity, non-convexity and high-dimensional mixed-integer variables. To address this issue, this project proposes to develop the methodologies for multi-level re-parameterizations and their related optimizations on the basis of gradual convexity improvement, which is achieved in an integrated isogeometric modeling scheme for the structure’s geometry, analysis and optimization problems. Firstly, the project will study the multi-level dimension-adjustable parameterization approaches for design variables on laminate geometry, material and stiffness, based on the hierarchical refinement technique in NURBS, and will study the methods for design variable reduction under the complex manufacturing constraints for the discrete lamination problem. Secondly, the project will elaborate the issues on overcoming the low-efficiency problems at the bottleneck computation steps like high-order Gaussian integration and large deformation evaluation in the isogeometric performance analyses for strength, free vibration and buckling. Finally, the project will put its major effort on developing the methodologies for creating the multi-phase/multi-level distributed optimization models for design of variable-stiffness composite laminates and their coordinated optimization algorithms that search for the global optimal solution. In addition, the project will also develop a prototype software system to validate the proposed methodologies with practical case studies. The successful implementation of the project would greatly elevate the effectiveness of design optimization on more complex laminated structures in industry.
在现有制造条件下,使用铺层递减和曲线纤维变刚度层合结构能够使航空航天等领域产品主体结构到达最大程度的轻量化。然而,变刚度层合结构设计需要求解非线性、非凸和高维离散-连续变量的设计优化问题,往往难于得到充分优化的设计方案。本课题拟在几何-分析-优化一体化的等几何模型基础上,采用面向凸性渐进改善的设计空间重新参数化以及对应的分级优化方法解决该问题。为此,课题首先基于NURBS层次细分技术研究层合板壳中几何、材料和刚度变量的多层次维度可调参数化方法,同时对离散纤维角度铺层问题研究满足复杂制造约束的变量简约方法。其次研究强度、模态和屈曲性能分析中高阶高斯积分和大变形计算等低效率计算环节处理方法。最后研究变刚度层合结构优化中分步/分层/分布优化建模以及全局协调寻优算法。课题将通过开发相关软件原型系统,对研究成果进行检验和应用验证。课题预期成果将使工业界能够对更复杂的层合结构进行更加有效的设计优化。

结项摘要

纤维增强复合材料层合结构具有高的比强度、比刚度和优良的耐热性,广泛应用于航空航天、医疗等众多领域。使用变厚度/变角度铺层方式更能极大限度地达到降成本、减重量目的。然而,这些变刚度层合结构铺层设计面临非线性、非凸和变量多等难点问题。本课题目标是通过合理的设计空间简约参数化和快速的等几何分析实现变刚度层合结构设计方案优化。..为此,本项目开展了若干研究工作。首先,研究了变刚度层合板壳结构参数化建模方法、快速等几何分析方法以及轻量化寻优算法。其次,开发了变刚度层合结构分析优化程序并进行了应用验证工作。本项目在执行上述研究任务的过程中取得了下列主要成果:(1)针对该优化设计中原始设计变量数目巨大、变量约束复杂问题,提出了考虑制造约束的纤维铺层模板和材料铺层参数分布表达的变量简约方法;前者用于变层数的直线纤维铺设问题,后者用于变角度的曲线纤维铺设问题。(2)针对优化搜索对力学性能分析计算效率要求高问题,提出了基于张量分解的层合板壳结构离散方程系数矩阵的快速生成方法。(3)针对变层数直线纤维铺设问题,提出了基于多模板的分块启发式优化搜索算法,确定区域块的最优层数和纤维角度及顺序;针对变角度曲线纤维铺设中非凸优化问题,提出了两级优化框架,第一级搜索层合板最优铺层参数分布,第二级用基于流函数最小二乘法提取优化的纤维轨迹。..本项目在克服层合结构优化设计中变量多、力学分析计算量大、全局寻优困难等难点问题方面取得了一些进展,为相关工业软件开发提供了理论和方法基础。具体进展主要体现在:分区域纤维铺层模板在满足约束条件下减少了离散变量数目;基于张量分解的矩阵生成方法提高了力学分析效率;基于截断层次B样条的自适应铺层参数分布优化方法有较强的全局最优解搜寻能力。

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(1)
专利数量(0)
Low-Rank Tensor Completion Based on Log-Det Rank Approximation and Matrix Factorization
基于Log-Det秩逼近和矩阵分解的低秩张量补全
  • DOI:
    10.1007/s10915-019-01009-x
  • 发表时间:
    2019-07
  • 期刊:
    Journal of Scientific Computing
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Shi Chengfei;Huang Zhengdong;Wan Li;Xiong Tifan
  • 通讯作者:
    Xiong Tifan
An isogeometric analysis approach for solving the Reynolds equation in textured piston ring - cylinder liner contacts
求解织构活塞环-缸套接触雷诺方程的等几何分析方法
  • DOI:
    10.1108/ec-03-2019-0076
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Engineering Computations
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Liu Wei;Huang Zhengdong;Liu Yunhua
  • 通讯作者:
    Liu Yunhua
An effective approach for color video recovery based on balanced tensor
基于平衡张量的彩色视频恢复的有效方法
  • DOI:
    10.1016/j.image.2019.08.001
  • 发表时间:
    2019-10
  • 期刊:
    Signal Processing: Image Communication
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Shi Chengfei;Huang Zhengdong;Li Wan;Xiong Tifan
  • 通讯作者:
    Xiong Tifan
A decision-making method for assembly sequence planning with dynamic resources
一种动态资源装配顺序规划决策方法
  • DOI:
    10.1080/00207543.2021.1937748
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
    International Journal of Production Research
  • 影响因子:
    9.2
  • 作者:
    Wu Wenbo;Huang Zhengdong;Zeng Jiani;Fan Kuan
  • 通讯作者:
    Fan Kuan
An adaptive hierarchical optimization approach for the minimum compliance design of variable stiffness laminates using lamination parameters
使用层压参数进行变刚度层压板最小柔度设计的自适应分层优化方法
  • DOI:
    10.1016/j.tws.2020.107068
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    Thin-Walled Structures
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Zeng Jiani;Huang Zhengdong;Fan Kuan;Wu Wenbo
  • 通讯作者:
    Wu Wenbo

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

英国绿色基础设施规划及其战略意义——以“纽卡斯尔-盖茨赫德”战略规划为例
  • DOI:
    10.16357/j.cnki.issn1000-5862.2018.02.11
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    江西师范大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    魏合义;黄正东;刘学军;陈晓刚;林沐;杨和平
  • 通讯作者:
    杨和平
虚拟人手臂避障抓取运动规划
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    计算机辅助设计与图形学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨宇盟;聂斌;方红根;黄正东
  • 通讯作者:
    黄正东
混合式特征识别技术
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    机械设计
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄正东;赵建军;陈永府;龚雄
  • 通讯作者:
    龚雄
中性工艺信息模型研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    机械科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈永府;黄正东;陈钢
  • 通讯作者:
    陈钢
面向装配的产品配置约束管理模型研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    机械科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗年猛;陈立平;黄正东
  • 通讯作者:
    黄正东

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

黄正东的其他基金

机器学习增强的各向异性曲面结构等几何建模与分析优化技术
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
机器学习增强的各向异性曲面结构等几何建模与分析优化技术
  • 批准号:
    52275248
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于资源配置空间区域分割的加工特征识别技术
  • 批准号:
    51475186
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    82.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于复合配置空间的分层机械系统多行为设计优化技术
  • 批准号:
    61173115
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    58.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
面向模型检测与优化的机械系统CAD模型行为图提取技术
  • 批准号:
    50875092
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    35.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
离散三维实体集合的包含性结构与逆向参数化
  • 批准号:
    60573178
  • 批准年份:
    2005
  • 资助金额:
    21.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
可重构加工系统能力包集到零件设计空间的映射关系研究
  • 批准号:
    50275060
  • 批准年份:
    2002
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

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]
      
关闭
close
客服二维码