软材料输流管道的大变形理论建模、动力学机理及其磁调控方法
批准号:
12072119
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
王琳
依托单位:
学科分类:
非线性振动及其控制
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王琳
中文摘要
与硬材料输流管相比,软材料输流管刚度很低,其动力学行为通常会表现出大变形、强非线性等特征。以往工作在理论建模和动力学分析方面存有明显不足。本项目围绕软材料输流管的流致振动问题,拟开展以下工作:1)从软材料非线性本构关系出发,考虑流体与管道的耦合作用力,分别基于绝对节点坐标法和精确几何描述法,发展软材料输流管大变形的动力学理论模型;2)在确定管道静平衡位置的基础上,求解系统的广义特征值问题,揭示软材料管在静平衡位置附近的振动特性和稳定性机理;3)应用现代非线性动力学分析方法,研究软材料管在失稳后的非线性动态响应规律;4)利用“磁调控”思想和动力学控制理论,提出软材料输流管稳定性和大变形振动行为的新的调控方法。本项目的理论研究成果和实验测试数据将深化人们对输流管大变形动力学行为的认识和理解,进一步完善输流管动力学与控制的理论体系,为前沿科技领域软材料输流管的分析与设计提供理论基础和技术储备。
英文摘要
Compared with hard pipes conveying fluid, pipes made of soft materials have relatively lower stiffness, and hence their dynamical behavior would display some unexpected characteristics including large deformation and strong nonlinearity. From previous studies, it is noted that there were considerable unresolved problems in the theoretical modelling and dynamic analysis in this dynamical system. This project focuses on the following aspects. 1) Considering the nonlinear constitutive relation of soft materials and the coupling force between the pipe and internal fluid flow, the dynamic theoretical model for large deformation of soft pipes conveying fluid is developed based on the absolute coordinate method formulation as well as the geometrically exact description. 2) On the basis of determining the static equilibrium position of the soft pipe, the generalized eigenvalue problem of the system is solved to reveal the vibration characteristics and stability mechanism of the soft pipe around the static equilibrium position. 3) The nonlinear dynamic responses of soft pipes after instability are studied by using modern nonlinear dynamic analysis methods. 4) Using the idea of ‘magnetic adjustment’ and control theoreis of dynamics, a new control method for the stability and large-amplitude behavior of the soft pipe conveying fluid is developed. The obtained theoretical results and experimental data of this project can deepen people’s understanding of the dynamical behavior of large-deformation responses of pipes conveying fluid. This study can also improve the theory of dynamics and control of pipes conveying fluid, and further provide theoretical basis and technical reserve for the analysis and design of soft pipes conveying fluid possibly used in the field of cutting-edge science and technology.
软材料细长输流管道是一类弯曲刚度很小的高维强非线性动力系统,其大变形动力学响应及其控制问题属于国际前沿研究课题。由于内部流体的动态作用,软材料管可能丧失稳定性,出现弯曲大变形,从而诱发出极其复杂的非线性流致振动行为。原有的动力学理论模型通常以小变形假设为前提,无法有效地预测软材料管道大变形和非平面动力学响应行为。本项目针对“软材料输流管道大变形动力学机理及其磁调控原理”这一科学问题,重点开展了以下四个方面的研究工作:(1)针对输流直管和圆弧形曲管,发展了基于几何精确描述方法的大变形动力学理论模型,可有效预测高流速下悬臂管道的大变形动力学响应;(2)针对具有空间任意初始构型的输流管道,发展了基于绝对节点坐标描述的大变形动力学计算模型,揭示了多种曲管结构的静变形、固有频率、振动模态和非线性动力学响应行为的演化规律;(3)针对输流管道高维非线性动力学问题,发展了基于谱子流形的输流管动力学模型降阶方法,实现了融合模型降阶和数据驱动的输流管动力学分析;(4)针对软材料输流管动力学控制难的问题,提出了以磁调控为代表的输流管道动力学控制新方法,有效提高了输流管稳定性并抑制其振动幅值。本项目的理论研究和实验测试结果可以深化人们对输流管大变形动力学机理的认识和理解,有助于进一步完善输流管动力学与控制的理论体系,为前沿科技领域软材料输流管的分析与设计提供了理论基础和技术储备。
抗感染仿生丝胶微针贴片修复全皮层缺损的应用研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:52万元
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批准年份:2022
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负责人:王琳
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依托单位:
KMT2D通过H3K4me1/H3K27ac调控EFNA3导致口腔鳞癌发生的机制研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:30万元
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批准年份:2022
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负责人:王琳
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依托单位:
丝胶生物支架负载基因工程成肌细胞在骨骼肌严重缺损修复中的应用及机制研究
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批准号:82072167
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项目类别:面上项目
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资助金额:56.0万元
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批准年份:2020
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负责人:王琳
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依托单位:
丝胶生物支架负载基因工程成肌细胞在骨骼肌严重缺损修复中的应用及机制研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:56万元
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批准年份:2020
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负责人:王琳
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依托单位:
导电丝胶神经导管联合基因编辑技术的长距离外周神经再生新策略研究
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批准号:81873931
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项目类别:面上项目
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资助金额:57.0万元
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批准年份:2018
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负责人:王琳
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依托单位:
个性化丝胶神经导管的设计及其在外周神经损伤模型中的应用研究
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批准号:81671904
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项目类别:面上项目
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资助金额:57.0万元
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批准年份:2016
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负责人:王琳
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依托单位:
磁场中载流微型梁的力-电-磁耦合非线性动力学
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批准号:11572133
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项目类别:面上项目
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资助金额:56.0万元
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批准年份:2015
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负责人:王琳
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依托单位:
新型生物支架介导的恶性黑素瘤肿瘤免疫综合治疗方法研究
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批准号:81272559
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项目类别:面上项目
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资助金额:70.0万元
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批准年份:2012
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负责人:王琳
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依托单位:
土壤中铬进入食物链的微生物抑制和解毒作用基础研究
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批准号:81273022
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项目类别:面上项目
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资助金额:65.0万元
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批准年份:2012
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负责人:王琳
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依托单位:
微米输流管动力学的理论建模与新特性研究
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批准号:11172107
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项目类别:面上项目
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资助金额:58.0万元
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批准年份:2011
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负责人:王琳
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依托单位:
支承松动和横向外流对非线性输液管道系统的稳定性与动力学行为的影响
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批准号:10802031
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:21.0万元
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批准年份:2008
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负责人:王琳
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依托单位:
播种式固定化微生物对土壤残留持久性有机污染物农药五氯酚降解的基础研究
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批准号:30771776
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项目类别:面上项目
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资助金额:32.0万元
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批准年份:2007
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负责人:王琳
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依托单位:
贫营养菌基因重组与固定化及其对饮用水中酞酸酯的净化
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批准号:30400346
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:22.0万元
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批准年份:2004
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负责人:王琳
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依托单位:
国内基金
海外基金