2020年细胞力学热点回眸

 概述了2020年细胞力学研究的热点和进展，探讨了细胞膜表面张力、细胞粘附力、细胞弹性模量、细胞与纳米颗粒相对刚度等对细胞生物学行为的影响及其在疾病诊疗中的应用。     

频带约束下刚架结构优化问题可行域研究

研究频带约束下刚架结构轻量化设计问题的可行域基本性质.刚架结构中梁的断面积取为设计变量,采用欧拉-伯努利梁的动力刚度法及W-W算法精确求解结构的固有频率值.利用W-W算法的特征值计数原理,研究了前述优化问题的可行域的形状和联通性,发现可行域呈现复杂的形状,由多块非联通子域组成,并且部分可行域子域可以是低维的.还以三杆梁的尺寸优化和拓扑优化为例,给出了可行域的具体形状,展示了这一优化问题的可行域具有"强奇异性".可行域的这一特点给基于梯度类的优化算法带来了极大的困难,需要采用其他手段处理,也使这类问题有望用于测试各类优化软件算法.     

二维稳态导热反问题的正则化解法

构造求解二维导热反问题的数值迭代解法,并以含内热源二维导热问题为背景,采用该迭代解法确定材料热传导系数,在每个迭代步中采用Ｔｉｋｈｏｎｏｖ正则化方法克服问题固有的不适定性。数值算例表明,该方法可行,有效、不仅适用于单介质热物性参数反演问题,而且适用于多介质热物性参数反演问题。     

一种改进的连续变量全局优化模拟退火算法

在连续变量的全局优化问题求解中,提出了一种改进的模拟退火算法.该算法提出了一种自适应的函数变换方法,解决了模拟退火算法中较难处理的初始温度问题,使初始温度与具体应用问题无关;结合成功-失败法和变尺度方法,提出了有效偏移量的概念,改进了解的产生方式;提出了一种以相对精度为基础的结束准则,较好地解决了计算效率和计算精度的平衡,提高了算法的效率和通用性.数值测试算例验证了本文的改进模拟退火算法的可行性和高效性.     

考虑几何缺陷的轴压双层蒙皮加筋柱壳结构设计

将点阵结构引入薄壁筒壳结构的壁面构型中,构建双层蒙皮加筋柱壳结构.应用点阵结构的高比刚度、高比强度等优良力学性能,提高薄壁筒壳结构的轴压极限承载力.双层蒙皮网格加筋柱壳结构是在传统网格加筋结构的内侧增加一层蒙皮,使得该网格加筋结构的横截面为"工"字型,提高了该结构抗弯刚度,进而提高了结构的轴压承载力.针对双层蒙皮网格加筋结构,本文开展了基于模态缺陷和基于单点凹陷的缺陷敏感性分析,对比分析双层蒙皮网格加筋结构与传统网格加筋结构的轴压承载效率.结果显示双层蒙皮网格加筋结构较传统结构具有显著的高承载力优点.进一步,本文给出了考虑几何缺陷的轴压双层蒙皮加筋柱壳结构的优化设计,最优设计有效地提高了结构折减因子,提高了结构抗缺陷能力.     

二维连续体结构的拓扑和材料一体化设计

通过基于Wolff法则的连续体拓扑优化方法所获得的连续体结构最优拓扑中的材料往往呈非均匀性.为了实现二维连续体结构的拓扑和材料的一体化设计,在获取结构的最优拓扑后,利用具有周期性微结构的二维网格结构比拟原正交各向异性非均匀连续体结构,使得两者在力学性能上等效,从而实现最优结构的材料设计.数值算例验证了比拟方法的正确性及材料设计的可行性.     

面向大规模科学计算的三维Delaunay快速插点算法

该文提出一种快速、稳定的Delaunay插点算法.这一算法提高了单机有元建模的规模,可在PC计算机生成千万级有元四面体网格.算法通过点与点之间位置关系,建立对位置信息;据这些信息在查找BASE单元时,提高＂walk-through＂点定位算法的速度.而在生成新单元和建立邻接关系过程中,算法利用CORE表面的三角网格,在性时间内完成CORE附近的新旧单元更新操作,并出算法时间复杂度证明.本文以分别以空间任意点集、正文体删格和机械模三角面片为例,测试应用Delaunay逐点插入算法.算例表明,本算法在一台Intel（R） Core（TM）2 Duo CPU E7200@2.53GHz,1.98GB内存的PC上可生成千万单元量级四面体网格,生成速度达11-15万单元/秒.     

基于SiPESC.OPT的结构动力模型修正研究

将模型修正问题转化为优化问题,基于自主研发的优化分析软件SiPESC.OPT并集成结构有限元分析软件,研究了结构动力模型修正问题,通过桁架和Garteur飞机的修正算例很好地证明了该方法的可行性.通过SiPESC.OPT和商用有限元软件的集成,实现了优化算法和有限元分析类型多样性的需求,不仅提高了模型修正的效率,且保证了有限元分析的精度,有很高的工程实用价值.在Garteur飞机修正算例中,详细阐述了模型精化、参数增减及取值范围调整、灵敏度分析等过程,取得了精度很高的修正结果.     

滑移楔流体动力学及其表面滑移特性优化

研究了具有滑移楔的滑块轴承的流体动压承载力．根据界面所受剪力的分布情况，优化固体表面滑移特性，表面滑移特性是几何位置的函数．提出了研究二维界面滑移问题的滑移本构方程的分段线性化方法，研究了有限长滑块轴承具有任意界面极限剪应力的二维界面滑移问题及其流体动力学效应．发现滑移楔的流体动力学效应要大于传统的几何收敛楔，甚至当几何间隙为平行间隙或发散间隙时，滑移楔仍然会产生很大的流体动压力．滑移楔可以产生的最大流体动压力是几何收敛楔能够产生的最大流体动压力的两倍以上，最大的达到2．5倍．界面滑移使得界面摩擦阻力减小．     

骨关节炎治疗用水凝胶研究进展

骨关节炎（OA）是易发于中老年群体的一种退行性病变，侵蚀关节软骨及其附属组织，严重影响患者的生活。水凝胶生物相容性好、力学性能优良，由其制成的功能性水凝胶可以弥补目前OA常用疗法中药物作用时间短、难以实现软骨组织再生等缺点，受到广泛的关注。总结了水凝胶在OA药物治疗、软骨缺损修复、关节滑液修复等方面的研究进展，探讨了药物释放水凝胶消炎止疼原理和药物缓释机理、软骨缺损修复水凝胶的修复机理以及关节润滑水凝胶的润滑机制。探讨了水凝胶治疗OA中存在的问题及其发展方向。