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New method for controlling minimum length scales of real and void phase materials in topology optimization

Acta Mechanica Sinica 2020年第4期36卷 805-826页

作者： Xuanpei Rong Jianhua Rong shengning zhao Fangyi Li Jijun Yi Luo Peng School of Automotive and Mechanical Engineering Changsha University of Science and TechnologyChangsha 410076Peopled Republic of China State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacturing for Vehicle Body Hunan UniversityChangsha 410082People’s Republic of China Key Laboratory of Lightweight and Reliability Technology for Engineering Vehicle of Hunan Province dhangsha University of Science and TechnologyChangsha 410114Peopled Republic of China

Minimum length scale control on real and void material phases in topology optimization is an important topic of research with direct implications on numerical stability and solution *** it also is a challenge area of research due to serious conflicts of both the solid and the void phase element densities in phase mixing domains of the topologies obtained by existing ***,there is few work dealing with controlling distinct minimum feature length scales of real and void phase materials used in topology designs.A new method for solving the minimum length scale controlling problem of real and void material phases,is ***,we introduce two sets of coordinating design variable filters for these two material phases,and two distinct smooth Heaviside projection functions to destroy the serious conflicts in the existing methods(*** Comput Methods Appl Mech Eng 199(14):123-135,2009).Then,by introducing an adaptive weighted 2-norm aggregation constraint function,we construct a coordinating topology optimization model to ensure distinct minimum length scale controls of real and void phase materials for the minimum compliance *** adopting a varied volume constraint limit scheme,this coordinating topology optimization model is transferred into a series of coordinating topology optimization sub-models so that the structural topology configuration can stably and smoothly changes during an optimization *** structural topology optimization sub-models are solved by the method of moving asymptotes(MMA).Then,the proposed method is extended to the compliant mechanism design *** examples are given to demonstrate that the proposed method is effective and can obtain a good 0/1 distribution final topology.

关键词： Structural topology optimization Minimum length scale Manufacturability Coordinating density filter Heaviside projections Void phase

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涉及空腔制造的最小长度尺寸限制的清晰结构拓扑优化设计

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机械工程学报 2019年第19期55卷 174-185页

作者：荣见华赵圣佞李方义俞燎宏荣轩霈陈成长沙理工大学汽车与机械工程学院长沙410076 长沙理工大学工程车辆轻量化与可靠性技术湖南省高校重点实验室长沙410114 宜春学院物理科学与工程技术学院宜春336000 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

针对以结构柔顺度最小为目标函数,涉及空腔制造的最小长度尺寸限制的结构拓扑优化设计问题,提出了一种新的拓扑优化求解方法。首先,为了消除现有的结构实体相及空洞相的相同的光滑Heaviside映射导致的强烈对立矛盾,引入光滑Heaviside映... 详细信息

针对以结构柔顺度最小为目标函数,涉及空腔制造的最小长度尺寸限制的结构拓扑优化设计问题,提出了一种新的拓扑优化求解方法。首先,为了消除现有的结构实体相及空洞相的相同的光滑Heaviside映射导致的强烈对立矛盾,引入光滑Heaviside映射和修改的光滑Heaviside映射分别进行实体相及空洞相的设计变量过滤;而后,构建了合理和协同的涉及实体相和空洞相的几何最小长度尺寸限制的结构拓扑优化模型;利用MMA算法,形成了一种新的涉及实体相和空洞相的几何最小长度尺寸限制的结构拓扑优化算法。给出的算例结果表明,与现有方法比,该方法可解决结构实体相和空洞相的几何最小长度尺寸控制问题。且所提方法可获得清晰0/1分布的优化结构拓扑。

关键词：结构拓扑优化最小长度尺寸可制造性滤波器 Heaviside映射

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基于Heaviside过滤和可行域调整的SIMP方法拓扑优化设计

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河南科技 2018年第34期37卷 26-28页

作者：陈成赵圣佞长沙理工大学汽车与机械工程学院湖南长沙410076

针对体积约束下结构柔顺度最小化拓扑优化问题,基于Heaviside过滤和可行域调整措施,提出了一种改进的SIMP方法。该方法采用体积守恒的Heaviside密度过滤和可行域调整措施,能获得0/1分布清晰的结构拓扑且保证了优化过程的稳健性。通过使... 详细信息

针对体积约束下结构柔顺度最小化拓扑优化问题,基于Heaviside过滤和可行域调整措施,提出了一种改进的SIMP方法。该方法采用体积守恒的Heaviside密度过滤和可行域调整措施,能获得0/1分布清晰的结构拓扑且保证了优化过程的稳健性。通过使用不同的初始拓扑来优化解,可以获得比现有的基于SIMP的优化方法更好的多个局部优化拓扑。通过算例表明,该方法比现有的SIMP方法具有更好的稳健性,并且可以获得更优的结构拓扑。

关键词： Heaviside过滤 SIMP方法可行域调整多个局部解

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含有Heaviside密度映射的构型平稳变化的柔性机构拓扑优化设计

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机械科学与技术 2020年第1期39卷 129-136页

作者：陈成荣见华易珏虹张晓光赵爱琼赵圣佞长沙理工大学汽车与机械工程学院长沙410076 长沙理工大学档案与信息化中心长沙410114

现有柔性机构拓扑优化方法在解决柔性机构拓扑优化的类铰链和灰度问题仍存在一些困难。为获得清晰和不含类铰链的优化拓扑,提出了一种构型平稳变化的结构拓扑优化求解方法。首先,构建了一种能综合表征柔性机构输入和输出端的局部刚度特... 详细信息

现有柔性机构拓扑优化方法在解决柔性机构拓扑优化的类铰链和灰度问题仍存在一些困难。为获得清晰和不含类铰链的优化拓扑,提出了一种构型平稳变化的结构拓扑优化求解方法。首先,构建了一种能综合表征柔性机构输入和输出端的局部刚度特性的加权组合柔顺度函数;而后,引入加权组合柔顺度的小量变化约束、Heaviside密度映射和变约束限方案,建立了柔性机构构型平稳变化的优化模型;最后结合MMA算法,形成了一种构型平稳变化的柔性机构拓扑优化方法。给出的算例结果表明,相比于现有方法,该方法计算公式简单,可获得清晰且无类铰链的拓扑构型。

关键词：柔性机构拓扑优化 Heaviside映射柔顺度

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考虑多工况和病态载荷的稳健结构拓扑优化设计

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河南科技 2019年第1期38卷 37-40页

作者：陈一雄赵圣佞陈成石军长沙理工大学汽车与机械工程学院湖南长沙410114 工程车辆安全性设计与可靠性技术湖南省重点实验室湖南长沙410114

多工况载荷下,结构拓扑优化中的病态载荷问题仍是一个开放的课题。因此,结合变体积约束限技术,构建新的近似拓扑优化模型,提出了一种解决结构柔顺度拓扑优化中病态载荷问题的优化方法。首先,构建多种载荷工况下结构柔顺度的双重凝聚函数... 详细信息

多工况载荷下,结构拓扑优化中的病态载荷问题仍是一个开放的课题。因此,结合变体积约束限技术,构建新的近似拓扑优化模型,提出了一种解决结构柔顺度拓扑优化中病态载荷问题的优化方法。首先,构建多种载荷工况下结构柔顺度的双重凝聚函数,形成新的连续体拓扑优化模型。其次,基于有理分数材料惩罚模型和移动渐近线表示式,形成目标函数和约束函数的显式二次近似式。最后,利用光滑化对偶算法,给出具有收敛性的多工况载荷下连续体结构的柔顺度拓扑优化算法。给出的算例结果表明,与现有方法相比,该方法能解决多工况载荷下结构拓扑优化中的病态载荷问题,且可获得更优和清晰0/1分布的结构拓扑。

关键词：可行域调整柔顺度优化结构拓扑优化多载荷工况

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长链非编码RNA MALAT1调控NEAT1对肝细胞癌增殖和侵袭的影响

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中华肝胆外科杂志 2022年第4期28卷 289-294页

作者：莽源祎李立冉江华张升宁李来邦赵英鹏高杨赵姣姣何祥乐昆明医科大学附属甘美医院(昆明市第一人民医院)肝胆胰外科云南省器官移植临床医学中心昆明650011

目的探索长链非编码RNA肺腺癌转移相关转录物1(MALAT1)通过调控核富集转录物1(NEAT1)对人肝癌细胞_(外泌体)分泌和肿瘤细胞增殖、侵袭的影响。方法肝癌细胞HuH-7细胞敲低MALAT1表达(si-MALAT1)转染获得si-MALAT1组细胞,转染无意义的小干... 详细信息

目的探索长链非编码RNA肺腺癌转移相关转录物1(MALAT1)通过调控核富集转录物1(NEAT1)对人肝癌细胞_(外泌体)分泌和肿瘤细胞增殖、侵袭的影响。方法肝癌细胞HuH-7细胞敲低MALAT1表达(si-MALAT1)转染获得si-MALAT1组细胞,转染无意义的小干扰RNA(si-RNA)作为si-NC组,比较si-MALAT1组和si-NC组NEAT1表达、细胞增殖和侵袭能力的变化。过表达NEAT1载体的慢病毒(lv)与HuH-7细胞共培养72 h后获取NEAT1过表达细胞(lv-NEAT1组),感染空转载体的lv作为lv-control组,比较lv-NEAT1组和lv-control组_(外泌体)相关基因表达差异。使用lv-NEAT1组细胞转染si-MALAT1获得si-MALAT1+lv-NEAT1组细胞,与si-NC组、si-MALAT1组细胞比较_(外泌体)分泌能力变化。将si-MALAT1组细胞与lv-NEAT1组细胞的_(外泌体)共培养获得si-MALAT1+lv-NEAT1_(外泌体)组细胞,将si-MALAT1组细胞与lv-control组细胞的_(外泌体)共培养获得si-MALAT1+lv-control_(外泌体)组,考察si-MALAT1+lv-NEAT1_(外泌体)组和si-MALAT1+lv-control_(外泌体)组细胞的增殖和侵袭功能。结果与si-NC组相比,si-MALAT1组中NEAT1的相对表达量[(0.72±0.02)比(0.98±0.01)]、72 h吸光度[(0.66±0.03)比(0.98±0.04)]、下室细胞数量[(88.33±7.26)比(147.70±13.62)]均降低,差异有统计学意义(P<0.05)。与si-NC组相比,si-MALAT1组_(外泌体)CD9、CD63表达减弱;而与si-MALAT1组相比,si-MALAT1+lv-NEAT1组_(外泌体)CD9、CD63表达增加。与si-MALAT1+lv-control_(外泌体)组相比,si-MALAT1+lv-NEAT1_(外泌体)组吸光度[(0.97±0.03)比(0.74±0.05)]和下室细胞数量[(132.70±7.36)比(98.33±6.01)]均增加,差异有统计学意义(P<0.05)。lv-NEAT1组_(外泌体)相关基因HSPA8、SLC3A2、SLC7A5的相对表达量分别为(5.53±0.31)、(0.32±0.07)、(0.77±0.45),与lv-control组表达水平(0.98±0.15)相比,差异均具有统计学意义(P<0.05)。结论MALAT1可通过调控NEAT1改变肝癌细胞_(外泌体)分泌功能,NEAT1可改变_(外泌体)相关基因的表达,进而促进了肝癌细胞的增殖和侵袭。

关键词：癌,肝细胞 RNA 外泌体肺腺癌转移相关转录物1 核富集转录物1

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田间条件下猪粪炭与黄磷渣配施对土壤镉污染的修复效果

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环境化学 2023年第4期42卷 1293-1303页

作者：刘昭侯艳伟蔡超张又弛林姗娜邓晟宁李云驹华侨大学化工学院环境科学与工程系厦门361021 中国科学院城市环境与健康重点实验室中国科学院城市环境研究所厦门361021 云南磷化集团有限公司国家磷资源开发利用工程技术研究中心昆明650600

为探究猪粪炭和黄磷渣配施对田间土壤镉(Cd)污染的修复效果,本研究以镉污染水稻田为研究对象,探讨两种钝化材料单施和配施对土壤理化性质、Cd有效态含量、Cd化学形态及水稻不同部位Cd含量的影响.结果表明猪粪炭与黄磷渣配施处理下土壤C... 详细信息

为探究猪粪炭和黄磷渣配施对田间土壤镉(Cd)污染的修复效果,本研究以镉污染水稻田为研究对象,探讨两种钝化材料单施和配施对土壤理化性质、Cd有效态含量、Cd化学形态及水稻不同部位Cd含量的影响.结果表明猪粪炭与黄磷渣配施处理下土壤Cd有效态含量降低幅度最大,达90.49%,单施猪粪炭和单施黄磷渣处理下土壤Cd有效态含量分别降低了69.95%和15.77%.化学形态分析结果表明,相比对照,配施处理下土壤中易迁移的可交换态Cd比例降低了51.21%,而土壤中难迁移的铁锰氧化物结合态和有机结合态Cd比例分别增加了39.73%和38.15%.各处理对水稻生物量都没有负面影响,但水稻各部位Cd含量相比对照均显著降低.配施处理下水稻各部位中Cd含量均低于对照及单施处理,其中水稻籽粒中Cd含量降幅为78.31%,降低至0.05 mg·kg^(−1),远低于国家标准食品污染物限量标准值(<0.2 mg·kg^(−1)).生物炭与黄磷渣配施显著降低水稻土中Cd有效态含量和水稻籽粒中Cd的积累量,对Cd污染水稻田钝化修复效果优于单施处理,本研究结果可为土壤Cd污染的修复提供科学依据.

关键词：猪粪炭黄磷渣配施钝化镉水稻田

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降雨对磷基材料修复镉铅污染土壤稳定性的影响研究

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环境污染与防治 2023年第3期45卷 285-291,299页

作者：张又弛黄杨华邓晟宁刘丽清刘昭林姗娜蔡超中国科学院城市环境研究所福建厦门362100 福建农林大学生命科学学院福建福州350002

通过模拟加速老化实验和土柱淋溶实验,探究降雨对磷基材料修复镉铅污染土壤效果稳定性的影响。结果表明:模拟降雨加速老化对土壤中有效镉含量的影响不显著,但是加速老化12 a后,土壤中有效铅由(2.74±0.35)mg/kg增加到(3.66±0.39)mg/kg... 详细信息

通过模拟加速老化实验和土柱淋溶实验,探究降雨对磷基材料修复镉铅污染土壤效果稳定性的影响。结果表明:模拟降雨加速老化对土壤中有效镉含量的影响不显著,但是加速老化12 a后,土壤中有效铅由(2.74±0.35)mg/kg增加到(3.66±0.39)mg/kg(模拟自然降雨)和(3.59±0.19)mg/kg(模拟酸雨)。在添加磷基材料的土壤中,模拟降雨加速老化后,镉和铅有效性变化不显著。在土柱淋溶实验体系中,模拟4个月降雨当量的酸雨淋溶后,所有处理组的滤出液镉离子和铅离子始终低于0.1μg/L。对照组的表层(0~5 cm)土壤pH显著低于其他剖面层;不同剖面层土壤的镉、铅有效性和赋存形态变化较小,5~10 cm剖面层土壤的酸可溶态镉比例高于表层土壤。在添加磷基材料F、F700的处理组中,土壤pH、镉和铅的有效性与赋存形态在垂向上大多不存在显著差异,但底层(10~15 cm)土壤的酸可溶态镉和铅比例高于其他剖面层。综上所述,磷基材料能够有效固持土壤中镉和铅,削减降雨对重金属的活化-释放作用。

关键词：磷基材料稳定化复合污染酸雨长期稳定性

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致敏大鼠肝移植后抗体介导的排斥反应的模型研究

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中国普外基础与临床杂志 2023年第6期30卷 674-680页

作者：赵姣姣张升宁莽源祎高杨李立昆明医科大学附属甘美医院(昆明市第一人民医院)肝胆胰血管外科暨肝移植中心、云南省器官移植临床医学中心昆明650011

目的建立同种异体致敏大鼠原位肝移植模型,研究该模型发生的排斥反应是否符合抗体介导的排斥反应(antibody-mediated rejection,AMR)的病理学特点。方法以12只雄性Lewis大鼠为受者,250~290 g,6只雄性Brown Norway(BN)大鼠为供者,250~28... 详细信息

目的建立同种异体致敏大鼠原位肝移植模型,研究该模型发生的排斥反应是否符合抗体介导的排斥反应(antibody-mediated rejection,AMR)的病理学特点。方法以12只雄性Lewis大鼠为受者,250~290 g,6只雄性Brown Norway(BN)大鼠为供者,250~280 g。将Lewis大鼠采用随机数字表法随机分为4组(n=3);Lewis对照组(LC组,未做任何处理)、直接移植组(T组,BN大鼠的肝脏直接移植于Lewis大鼠体内)、致敏组(S组,Lewis大鼠体内输入BN大鼠的脾脏淋巴细胞)和致敏后移植组(TS组,Lewis大鼠体内输入BN大鼠脾脏淋巴细胞2周后,进行肝移植)。于肝移植后大鼠存活第14天,收集受者非致死量血液3~4 mL,检测天冬氨酸转氨酶(aspartate aminotransferase,AST)、丙氨酸转氨酶(alanine aminotransferase,ALT)、总胆红素(total bilirubin,TB)、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)和肌酐(creatinine,CRE)水平,并检测Lewis大鼠体内供者特异性抗体(donor-specific alloantibody,DSA)及补体C4d表达情况。采用苏木精-伊红染色和Masson染色评定4组大鼠肝脏组织的形态学指标,采用CK-19、C4d和CD20免疫组织化学染色方法评定4组大鼠肝脏发生排斥反应的程度并进行排斥反应活性指数(rejection activity index,RAI)评分。结果与T组相比,TS组Lewis大鼠的血清AST、TB和ALP水平以及DSA(IgG1、IgG2a、IgG2b、IgG2c)和C4d表达阳性率升高。与LC组相比,T组的Lewis大鼠出现部分胆管水肿及淋巴细胞浸润,但未见明显毛细血管结构的破坏;与T组相比,TS组Lewis大鼠的胆管前毛细血管出现大量的淋巴细胞或单核细胞浸润及毛细血管的严重破坏;TS组的RAI评分和C4d评分均高于T组。结论致敏大鼠肝移植后肝脏发生更严重的急性排斥反应和移植肝失功能,且致敏大鼠的急性排斥反应符合AMR的特点。由于本研究样本量较少,对AMR模型的探索还有待深入。

关键词：供者特异性抗体抗体介导的排斥反应肝移植大鼠

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大鼠原位肝移植模型不同灌注方式和吻合方法的效果比较

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中国普外基础与临床杂志 2023年第5期30卷 549-553页

作者：赵姣姣莽源祎李立张升宁高杨昆明医科大学附属甘美医院肝胆胰外科昆明650011 昆明市第一人民医院肝胆外科昆明650011

目的分析不同灌注方式和不同肝上下腔静脉吻合方法对建立大鼠原位肝移植模型的影响。方法将80只SD大鼠随机分为供肝获取组和受体肝移植组,每组40只。供肝获取组10只大鼠采用腹主动脉输液器滴灌法(1滴/s),10只大鼠采用腹主动脉微量泵灌注... 详细信息

目的分析不同灌注方式和不同肝上下腔静脉吻合方法对建立大鼠原位肝移植模型的影响。方法将80只SD大鼠随机分为供肝获取组和受体肝移植组,每组40只。供肝获取组10只大鼠采用腹主动脉输液器滴灌法(1滴/s),10只大鼠采用腹主动脉微量泵灌注法(6 mL/min),之后分别进行受体肝移植(每组对应10只大鼠肝移植),收集2组大鼠的供肝灌注时间和供肝获取时间,并于灌注后、肝移植24 h取肝脏组织行HE染色。受体肝移植组10只大鼠肝移植时采用连续吻合法,10只采用减张力半针吻合法(2组均在成功完成10只肝移植后截止),收集2组大鼠的肝上下腔静脉吻合时间、无肝期时间和术后发生并发症发生情况。结果与腹主动脉输液器滴灌组比较,腹主动脉微量泵灌注组的供肝灌注时间和供肝获取时间较短(P<0.05);HE染色结果显示,腹主动脉微量泵灌注组的肝细胞、门静脉及胆管形态学无明显改变,仅个别淋巴细胞浸润。与连续吻合组比较,减张力半针吻合组大鼠的肝上下腔静脉吻合时间和无肝期时间较短(P<0.05),术后吻合口出血和供肝灌注不全发生率较低(P<0.05)。结论相对于腹主动脉输液器滴灌法,腹主动脉微量泵灌注法能提高供肝质量;与连续吻合法比较,减张力半针吻合方法能缩短无肝期与肝上下腔静脉吻合时间,同时降低吻合口出血的发生率。

关键词：大鼠原位肝移植模型灌注方式吻合方法

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