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Fiber Bundle Topology Optimization for Surface Flows

Chinese Journal of Mechanical Engineering 2024年第3期37卷 236-264页

作者： Yongbo Deng weihong zhang Jihong Zhu Yingjie Xu Jan G Korvink State Key Laboratory of Applied Optics Changchun Institute of OpticsFine Mechanics and PhysicsChinese Academy of SciencesChangchun 130033China State IJR Center of Aerospace Design and Additive Manufacturing Northwestern Polytechnical UniversityXi’an 710072China Institute of Microstructure Technology(IMT) Karlsruhe Institute of Technology(KIT)Hermann-von-Helmholtzplatz 176344 Eggenstein-LeopoldshafenGermany

This paper presents a topology optimization approach for the surface flows on variable design *** this approach,the matching between the pattern of a surface flow and the 2-manifold used to define the pattern can be optimized,where the 2-manifold is implicitly defined on another fixed 2-manifold named as the base *** fiber bundle topology optimization approach is developed based on the description of the topological structure of the surface flow by using the differential geometry concept of the fiber *** material distribution method is used to achieve the evolution of the pattern of the surface *** evolution of the implicit 2-manifold is realized via a homeomorphous *** design variable of the pattern of the surface flow and that of the implicit 2-manifold are regularized by two sequentially implemented surface-PDE *** two surface-PDE filters are coupled,because they are defined on the implicit 2-manifold and base manifold,*** surface Navier-Stokes equations,defined on the implicit 2-manifold,are used to describe the surface *** fiber bundle topology optimization problem is analyzed using the continuous adjoint method implemented on the first-order Sobolev *** numerical examples have been provided to demonstrate this approach,where the combination of the viscous dissipation and pressure drop is used as the design objective.

关键词： Fiber bundle Topology optimization 2-manifold Surface flow Material distribution method Porous medium model

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Topology optimization of modular structures with multiple assemblies and applications to airborne shelves

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Chinese Journal of Aeronautics 2024年第4期37卷 321-332页

作者： Jie WANG Tong GAO Ming LI Jihong ZHU Longlong SONG weihong zhang State IJR Center of Aerospace Design and Additive Manufacturing Northwestern Polytechnical UniversityXi’an 710072China Beijing Specialized Machinery Institute Beijing 100143China

This work is devoted to the aeronautical application of topology optimization for modular structures with multiple assemblies that consist of repeated standard modules and optional *** kinds of structures are widely used owing to their transportability,reconfigurability,low manufacturing and service *** this work,the design of airborne shelves with modular structures characterized by the standard module configuration is formulated for the first time as a topology optimization problem of multiple assemblies and multiple load cases subjected to the volume *** is shown that the weighted compliance design of multiple assemblies is a compromising solution compared to the optimization result of each individual assembly of standard ***,the performance of optimized airborne shelves with the modular structures can effectively be ameliorated with the help of reinforcements.

关键词： Topology optimization Modular structures Multiple assemblies Standard modules Airborne shelves

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Modeling human gastric cancers in immunocompetent mice

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Cancer Biology & Medicine 2024年第7期21卷 553-570页

作者： weihong zhang Shilong Wang Hui zhang Yan Meng Shi Jiao Liwei An Zhaocai Zhou Department of Stomatology Department of Medical UltrasoundShanghai Tenth People's HospitalTongji University Cancer CenterTongji University School of MedicineShanghai 200072China State Key Laboratory of Genetic Engineering School of Life SciencesZhongshan HospitalFudan UniversityShanghai 200032China Collaborative Innovation Center for Cancer Personalized Medicine School of Public HealthNanjing Medical UniversityNanjing 211166China

Gastric cancer(GC)is a major cause of cancer-related mortality *** is determined by multiple(epi)genetic and environmental factors;can occur at distinct anatomic positions of the stomach;and displays high heterogeneity,with different cellular origins and diverse histological and molecular *** heterogeneity has hindered efforts to fully understand the pathology of GC and develop efficient *** the past decade,great progress has been made in the study of GC,particularly in molecular subtyping,investigation of the immune microenvironment,and defining the evolutionary path and *** mouse models,particularly immunocompetent models that mimic the cellular and molecular features of human GC,in combination with organoid culture and clinical studies,have provided powerful tools for elucidating the molecular and cellular mechanisms underlying GC pathology and immune evasion,and the development of novel therapeutic ***,we first briefly introduce current progress and challenges in GC study and subsequently summarize immunocompetent GC mouse models,emphasizing the potential application of genetically engineered mouse models in antitumor immunity and immunotherapy studies.

关键词： Gastric cancer heterogeneity mouse model GEMM immunocompetent

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Study of the Ballistic Impact Behavior of Protective Multi-Layer Composite Armor

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Computer Modeling in Engineering & Sciences 2024年第7期140卷 171-199页

作者： Dongsheng Jia Yingjie Xu Liangdi Wang Jihong Zhu weihong zhang State IJR Center of Aerospace Design and Additive Manufacturing Northwestern Polytechnical UniversityXi’an710072China

The abalone shell,a composite material whose cross-section is composed of inorganic and organic layers,has high strength and *** by the abalone shell,several multi-layer composite plates with different layer sequences and thicknesses are studied as bullet-proof material in this *** investigate the ballistic performance of this multi-layer structure,the complete characterization model and related material parameters of large deformation,failure and fracture ofAl_(2)O_(3)ceramics andCarbon Fiber Reinforced Polymer(CFRP)are ***,3D finite element models of the proposed composite plates with different layer sequences and thicknesses impacted by a 12.7 mm armor-piercing incendiary(API)are built using Abaqus to predict *** simulation results show that the CFRP/Al2O3 ceramic/Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene(UHMWPE)/CFRP(1 mm/4 mm/4 mm/1 mm)composite is the optimized stack of *** simulation results under specified layer sequence and thickness have a reasonable correlation with the experimental results and reflect the failure and fracture of the multi-layer composite protective armor.

关键词： Protective armor composite bionic design structure design mechanical property

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An origami shield with supporting frame structures optimized by a feature-driven topology optimization method

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Defence Technology（防务技术） 2024年第1期31卷 447-456页

作者： Dongsheng Jia Pengcheng Feng Liangdi Wang Longcan Chen Jun Wang Jihong Zhu Yingjie Xu weihong zhang State IJR Center of Aerospace Design and Additive Manufacturing Northwestern Polytechnical UniversityXi'an710072China

In this paper,the design,manufacture and testing of an origami protective shield with a supporting frame structure are *** consists of an origami shield surface and a deployable supporting frame structure that needs to be portable and sufficiently ***,for the design of the shield surface,a threestage origami crease pattern is developed to reduce the shield size in the folded *** shield surface consists of several stiff modular panels and layered with flexible *** modular panels are made of a multi-layer composite where a ceramic layer is made of small pieces to improve durability as those small pieces enable restriction of crack ***,the supporting frame structure is designed as a chain-of-bars structure in order to fold into a highly compact state as a bundle of bars and deploy in ***,a feature-driven topology structural optimization method preserving component sequence is developed where the inter-dependence of sub-structures is taken into account.A bar with semi-circular ends is used as a basic design *** positions of the bar’s end points are treated as design variables and the width of the bars is kept ***,a constraint on the total length of the chain of bars is ***,the modular panels made of multi-layer composite and the full-scale prototype of the origami shield are fabricated and tested to verify the bullet-proof performance.

关键词： Origami Deployable structure Structure design Shield Composite materials

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航空航天装备的轻量化:挑战与未来

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航空学报 2024年第5期45卷 1-7页

作者：张卫红唐长红西北工业大学陕西省空天结构技术重点实验室西安710072 航空工业第一飞机设计研究院西安710089

轻量化是航空航天装备研发领域永恒的主题,它对装备的综合性能和服役效能具有决定性影响。在过去的数十年里,一系列高性能优化设计方法、新材料和制造工艺技术的研发和应用,不断推动航空航天装备轻量化水平的提升。然而,随着新一代装备... 详细信息

轻量化是航空航天装备研发领域永恒的主题,它对装备的综合性能和服役效能具有决定性影响。在过去的数十年里,一系列高性能优化设计方法、新材料和制造工艺技术的研发和应用,不断推动航空航天装备轻量化水平的提升。然而,随着新一代装备对综合性能和多功能需求的不断增加,现有的轻量化设计制造技术正面临着日益严峻的挑战。因此,本文重点探讨了航空航天装备研发的总体设计、机电系统设计、材料与结构、高性能制造与装配等主要环节,并分析了轻量化技术在未来的发展趋势。

关键词：航空航天装备轻量化设计与制造装备总体技术材料与结构技术高性能制造与装配

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深中通道泄洪区非通航孔桥主梁设计

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桥梁建设 2024年第3期54卷 117-122页

作者：张卫红中铁大桥局集团有限公司湖北武汉430050

深中通道泄洪区非通航孔桥总长6.05 km,分布于伶仃洋大桥及中山大桥2座通航孔桥两侧。泄洪区非通航孔桥采用等跨连续梁布置,4~6跨一联。主梁设计过程中,首先进行110、120、130 m三种跨径方案比选,确定采用最经济的110 m跨径方案。然后... 详细信息

深中通道泄洪区非通航孔桥总长6.05 km,分布于伶仃洋大桥及中山大桥2座通航孔桥两侧。泄洪区非通航孔桥采用等跨连续梁布置,4~6跨一联。主梁设计过程中,首先进行110、120、130 m三种跨径方案比选,确定采用最经济的110 m跨径方案。然后针对结构形式,提出预应力混凝土梁、钢-混组合梁和钢箱梁3种方案,从力学性能、经济性和施工风险等方面综合考虑,最终推荐采用钢箱梁方案。钢箱梁采用外形简洁流畅的封闭式断面,有利于后期维养;考虑全线景观效果,主梁高度取4 m,高跨比为1/27.5;横隔板间距取2.5 m,采用实腹式横隔板和框架式横肋的组合式设计,使箱室内部通透性更好;钢箱梁采用Q420qD钢和Q345qD钢2种材料。钢箱梁施工采用适合海上长大桥梁的大节段预制+现场拼装的施工方案。

关键词：连续梁桥预应力混凝土梁钢-混组合梁钢箱梁封闭式断面方案比选结构设计

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广义周期点阵结构的等效性能均匀化映射方法研究

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中国科学：技术科学 2024年第6期54卷 1036-1056页

作者：徐仕杰张卫红西北工业大学航宇材料结构一体化设计与增材制造装备技术国际联合研究中心陕西省空天结构技术重点实验室西安710072

本文研究了广义周期点阵结构等效力学性能的均匀化计算问题,提出了计算等效弹性矩阵、等效热应力系数与热膨胀系数的均匀化映射方法,将广义周期均匀化问题映射转换为正方形单胞的经典周期均匀化问题,以此揭示了广义周期均匀化方法的内... 详细信息

本文研究了广义周期点阵结构等效力学性能的均匀化计算问题,提出了计算等效弹性矩阵、等效热应力系数与热膨胀系数的均匀化映射方法,将广义周期均匀化问题映射转换为正方形单胞的经典周期均匀化问题,以此揭示了广义周期均匀化方法的内在映射机理,阐明了广义周期均匀化等效性能的基本性质.该方法极大降低了计算求解与编程难度.通过典型数值算例,分析比较了广义周期均匀化映射方法、经典周期均匀化方法与精细尺度有限元方法计算结果的差异.结果表明所提出的映射方法普适性与有效性强,对于静力学、热力耦合问题及动力学固有频率问题均具有良好的计算精度.

关键词：广义周期点阵结构均匀化方法映射方法等效弹性矩阵等效热膨胀系数

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基于先进激光加工技术的下一代航空发动机跨尺度整体式承力薄壁构件设计方法与应用

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航空学报 2024年第13期45卷 156-168页

作者：张少平郭会明高彤张卫红中国航发四川燃气涡轮研究院成都610500 西北工业大学机电学院西安710072

由宏观骨架-细观点阵-微观表面构成的多尺度整体式结构是一类极具高性能、多功能、轻量化潜力的新型结构形式,日渐成熟的先进激光加工技术不仅极大提升了高性能结构的制造能力,也为新型复杂结构的制造提供了可能。在简要总结宏观骨架、... 详细信息

由宏观骨架-细观点阵-微观表面构成的多尺度整体式结构是一类极具高性能、多功能、轻量化潜力的新型结构形式,日渐成熟的先进激光加工技术不仅极大提升了高性能结构的制造能力,也为新型复杂结构的制造提供了可能。在简要总结宏观骨架、细观点阵、微观表面设计与制造现状基础上,提出了以先进激光加工技术为制造手段的多尺度整体式结构设计方法。以中介机匣为例,采用拓扑优化技术设计了主承力骨架结构,通过在拓扑优化低密度区域或低应力区域填充可制造点阵的方式完成了轻量化点阵设计,与实壁铸造件相比减重20%以上;在流道表面设计了导流减阻微沟槽结构,采用超快激光表面刻蚀加工,仿真模拟表明微沟槽减阻效果超过10%。采用先进激光加工技术开展了多尺度整体式结构设计的应用探索,为下一代航空发动机结构研制提供了可供借鉴的新途径。

关键词：多尺度结构拓扑优化点阵结构增材制造中介机匣激光加工

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阳明后学致良知功夫的形态与次第

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中州学刊 2024年第7期 107-116页

作者：张卫红李卓中山大学哲学系广东广州510275 天津社会科学院天津300191

在儒家传统中,作为自我操持与修炼方式的功夫不断演化。王阳明的良知学兴起,其功夫更加精微细密、鞭辟近里,推动了理学功夫论的“典范转移”。阳明学者围绕致良知功夫的深入互动与攻错,“牛毛茧丝,无不辨析”,使阳明学蕴含的各种理论可... 详细信息

在儒家传统中,作为自我操持与修炼方式的功夫不断演化。王阳明的良知学兴起,其功夫更加精微细密、鞭辟近里,推动了理学功夫论的“典范转移”。阳明学者围绕致良知功夫的深入互动与攻错,“牛毛茧丝,无不辨析”,使阳明学蕴含的各种理论可能得以充分展开。“悟本体即是功夫”“由功夫以悟本体”两种教法可谓阳明后学两大功夫进路。阳明学者在这两大进路下各展其才,发展出丰富的功夫实践形态,其出于对“躐等”的警惕,而十分注重功夫的次第。深入探讨阳明后学致良知功夫的六种形态和五级次第所构成的论域,可以更加清晰地呈现阳明学功夫的普遍性特征与丰富的思想图景。

关键词：功夫(工夫) 阳明学致良知

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