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基于自适应ANN的高效核电设备易损性分析方法研究

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震灾防御技术 2024年第1期19卷 108-118页

作者：刘鸿泉陈少林孙晓颖吴绍恒南京航空航天大学南京211106 中国地震局工程力学研究所哈尔滨150080 中国核电工程有限公司北京100840

传统的结构或设备易损性分析方法需要提供大量的数值模拟样本,这对于规模庞大的核电结构并不适用。为此,研究核电设备高效易损性分析方法,首先,基于拉丁立方法构建随机地震动-土-结构样本,采用高效时域SSI分区并行计算方法得到部分样本... 详细信息

传统的结构或设备易损性分析方法需要提供大量的数值模拟样本,这对于规模庞大的核电结构并不适用。为此,研究核电设备高效易损性分析方法,首先,基于拉丁立方法构建随机地震动-土-结构样本,采用高效时域SSI分区并行计算方法得到部分样本模型的地震响应;然后,采用有限的数值模拟结果训练人工神经网络模型(ANN),通过量化ANN预测误差和精确度指标,采用自适应算法进行后续数值模拟和ANN训练,直至满足精确度阈值要求。该方法可以优化计算样本的选择,控制数值模拟的样本数量,提高易损性分析的计算效率。此外,将ANN不确定性整合到易损性曲线计算公式中,分别基于对数正态假定的回归法和蒙特卡洛(MC)增量法对某核电设备进行了易损性分析,并验证了ANN不确定性量化方法的正确性。

关键词：易损性分析人工神经网络蒙特卡洛法土-结构相互作用核电设备

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夏季校园公共室内空气微生物污染特征研究

夏季校园公共室内空气微生物污染特征研究

作者：刘鸿泉桂林理工大学

学位级别：硕士

由于新冠疫情的爆发,空气微生物的污染特性研究变得愈发重要和紧迫,这对改善校园空气质量,防控疾病以及未来建立校园室内空气微生物污染评价体系具有重要意义。本论文通过六级空气微生物采样器对教室、宿舍和食堂这3个校园内的主要功能... 详细信息

由于新冠疫情的爆发,空气微生物的污染特性研究变得愈发重要和紧迫,这对改善校园空气质量,防控疾病以及未来建立校园室内空气微生物污染评价体系具有重要意义。本论文通过六级空气微生物采样器对教室、宿舍和食堂这3个校园内的主要功能区在夏季的空气微生物和颗粒物进行采样、培育和高通量测序分析,探讨夏季校园不同功能区室内空气微生物浓度的时空变化规律,微生物于不同粒径范围的颗粒物上的分布特征及富集量,以及各区域细菌群落组成及多样性特征。结果如下:夏季校园各功能区空气总微生物平均浓度分别为:食堂1507.76±660.43CFU/m,教室1495.18±1002.23 CFU/m,宿舍566.84±312.17 CFU/m。教室、宿舍以及食堂空气总微生物浓度在初夏、盛夏、夏末3个时期均为先升高后降低,在盛夏达到最大值,分别为1845.13±1420.24 CFU/m,796.34±233.08 CFU/m,1564.51±622.18 CFU/m。教室区域上课时段空气微生物浓度总是低于无人时段,而宿舍与食堂区域,大部分时间有人员活动的时段空气微生物浓度要大于无人时段。根据中国科学院生态中心研究制定的空气微生物评价标准,我校夏季室内空气质量状况良好。夏季校园室内空气微生物主要分布在粒径1.1～3.3μm的颗粒物上,分别占据教室、宿舍及食堂微生物总数的45%、56%和61%。教室区域人员活动基本不影响微生物在不同粒径颗粒物上的分布。宿舍区域,无人时段空气微生物主要分布在粒径1.1～4.7μm的颗粒物上,有人时段主要分布在粒径1.1～3.3μm的颗粒物上。食堂区域微生物始终集中在粒径1.1～3.3μm的颗粒物上。夏季校园不同功能区室内空气颗粒物富集微生物的量,教室>食堂>宿舍,具体数值分别为3832.80个/mg,2968.36个/mg,2292.58个/mg。教室区域无人时段空气颗粒物富集微生物的量远高于有人时段,分别为5672.88个/mg和1992.71个/mg。宿舍和食堂区域有人时段空气颗粒物富集微生物的量均大于无人时段,宿舍区域分别为2883.36个/mg和1701.80个/mg,食堂区域分别为3575.55个/mg和2361.16个/mg。夏季校园室内空气细菌在门水平上主要为Bacteroidetes、Firmicutes、Proteobacteria、Actinobacteria、Acidobacteria、Verrucomicrobia、Chloroflexi、Fusobacteria 8种;在属水平上主要为Bacteroides、Lactobacillus、Bradyrhizobium、Escherichia-Shigella、Allorhizobium-Neorhizobium-Pararhizobium-Rhizobium、Lachnospiraceae NK4A136 group、Sphingomonas、Lachnospiraceae UCG-008、Streptococcus、Pseudomonas 10种。各区域内部不同时段细菌群落组成相似性为食堂>教室>宿舍。各区域Alpha多样性表现为食堂>宿舍>教室,3个功能区不同时段多样性表现为有人时段>无人时段。

关键词：空气微生物粒径分布颗粒物富集量群落结构物种多样性

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基于神经网络的核电厂设备易损性分析

力学学报 2022年第7期54卷 2059-2070页

作者：刘鸿泉陈少林孙晓颖吴绍恒南京航空航天大学航空学院南京211106 中国地震局工程力学研究所哈尔滨150080 中国核电工程有限公司北京100840

核电结构的易损性分析是核电厂地震安全评估中至关重要的一环,但是由于核电结构的复杂性以及考虑土-结相互作用SSI时较大的计算规模,使得计算核电厂设备易损性曲线十分耗时.为发展高效的核电厂设备易损性分析方法,本文采用核电结构土-... 详细信息

核电结构的易损性分析是核电厂地震安全评估中至关重要的一环,但是由于核电结构的复杂性以及考虑土-结相互作用SSI时较大的计算规模,使得计算核电厂设备易损性曲线十分耗时.为发展高效的核电厂设备易损性分析方法,本文采用核电结构土-结相互作用分析的分区计算方法,并利用有限的SSI分析结果建立神经元模型ANN代替有限元模型,分别基于对数正态假定的回归法和蒙特卡洛法进行了设备易损性分析.ANN数值模拟包括了以下内容:(1)基于半偏相关系数选择最相关的地震动参数作为ANN输入,并通过交叉检验建立神经元模型;(2)量化研究ANN数值模拟的预测不确定性,其中包含了由于简化地震动输入引起的随机不确定性和训练样本缺失引起的认知不确定性;(3)基于ANN模型预测结果分别采用蒙特卡洛法和基于对数正态假定的回归法进行设备的易损性分析.本文探讨了不同的地震强度指标以及土层材料的不确定性对易损性曲线的影响,同时验证了回归法中对数正态模型假定的基本合理性,为核电厂设备易损性分析提供了一种可能方向.

关键词：易损性分析人工神经网络蒙特卡洛法预测不确定性概率土-结构相互作用

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海下综放开采防水安全煤岩柱厚度的确定

煤炭学报 2009年第7期34卷 875-880页

作者：陈佩佩刘鸿泉张刚艳煤炭科学研究总院开采设计研究分院北京100013

针对龙口海域下开采的实际情况,分析了海域扩大区水文地质条件,收集整理国内13个矿区综放开采导水裂缝带高度实测数据,选取采厚、基岩柱厚度、倾角、顶板单轴抗压强度、泥岩比例和覆岩结构6种因素作为导水裂缝带发育高度预测模型的影响... 详细信息

针对龙口海域下开采的实际情况,分析了海域扩大区水文地质条件,收集整理国内13个矿区综放开采导水裂缝带高度实测数据,选取采厚、基岩柱厚度、倾角、顶板单轴抗压强度、泥岩比例和覆岩结构6种因素作为导水裂缝带发育高度预测模型的影响因子,建立导水裂缝带高度预测模型,并对不同采厚条件下导水裂缝带高度进行了预测;应用FLAC软件进行了断层条件下覆岩破坏规律的模拟,计算了不同落差、不同倾角的正断层对导水裂缝带发育高度的影响,得出在软弱覆岩类型综采工作面（采厚4.4 m）有正断层（倾角45-65°）、落差小于6.0 m的情况下,导水裂缝带发育高度较之正常地质条件下增大14.4%-22.2%.提出了综合考虑断层和正常条件的防水安全煤岩柱设计,确定在海域放顶煤开采正常覆岩条件下防水安全煤岩柱厚度为55.5 m;受断层影响条件下,防水煤岩柱厚度为62.5 m.

关键词：综放开采防水安全煤岩柱导水裂缝带人工神经网络

活性污泥洗涤净化餐饮油烟VOCs及其生物降解过程

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环境工程学报 2022年第4期16卷 1111-1122页

作者：刘鸿泉张桓廖雷覃爱苗贾力强周小斌王洪强魏建文广西环境污染控制理论与技术重点实验室桂林541006 桂林理工大学材料科学与工程学院桂林541004

将活性污泥驯化25 d后,考察了其性能及其在洗涤净化餐饮油烟VOCs过程中气液组成与微生物群落的变化。结果表明:驯化后活性污泥的MLSS稳定在3.10 g·L^(-1),MLVSS稳定在1.60~1.90 g·L^(-1),SV、SVI分别稳定在35%和120 mL·g^(-1);在此... 详细信息

将活性污泥驯化25 d后,考察了其性能及其在洗涤净化餐饮油烟VOCs过程中气液组成与微生物群落的变化。结果表明:驯化后活性污泥的MLSS稳定在3.10 g·L^(-1),MLVSS稳定在1.60~1.90 g·L^(-1),SV、SVI分别稳定在35%和120 mL·g^(-1);在此条件下,洗涤净化系统对油烟的洗涤效率稳定在85%;系统对油烟中烯醛类、醇类、烷烃类、酯类的洗涤效率达到95%以上,仅对部分直链醛类的洗涤效果较差;驯化前活性污泥中有机物以氯代物和长链烷烃为主,而驯化后酯类成为新增主要成分。此外,活性污泥液相油烟衰减实验共检出18种有机物化合物。其中,14种有机物在第1~3天降解期内被微生物降解完全;在第4~5天内,十五烷、8-十七烷烯、17-三十五碳烯被完全降解,仅剩三氯乙烯仍保持较高的含量。高通量测序分析结果表明:液相油烟VOCs降解过程中起主要代谢作用的微生物为Planctomicrobium、Spartobacteria、Microbacterium、Steroidobacter、Rubinisphaera、Luteolibacter、Phycisphaera细菌属和Nectriaceae、Trichoderma、Saccharomycetes、Cryptococcus、Trichosporonaceae、Archaeorhizomycetaceae、Yarrowia真菌属;微生物种类及相对丰度受液相油烟VOCs组分影响,且随降解反应的进行而变化。本研究可为生物洗涤法处理餐饮油烟的技术应用提供参考。

关键词：餐饮油烟复合VOCs组分生物洗涤活性污泥生物降解

桂林中心城区PM _(2.5 )元素污染特征和来源解析

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环境科学与技术 2022年第S1期45卷 186-192页

作者：曾鹏张桓廖雷胡天龙丁学刚李沫睿刘鸿泉广西环境污染控制理论与技术重点实验室桂林理工大学环境科学与工程学院

为探究2019年秋季桂林中心城区细颗粒物(PM_(2.5))的主要元素污染状况和污染来源,进一步改善桂林的空气质量,该实验基于过滤采样法,在秋季采集了PM_(2.5)污染较为严重的桂林市中心城区(秀峰区、象山区、七星区、叠彩区)14个采样点的PM_(... 详细信息

为探究2019年秋季桂林中心城区细颗粒物(PM_(2.5))的主要元素污染状况和污染来源,进一步改善桂林的空气质量,该实验基于过滤采样法,在秋季采集了PM_(2.5)污染较为严重的桂林市中心城区(秀峰区、象山区、七星区、叠彩区)14个采样点的PM_(2.5)样品,分析了PM_(2.5)中主要的14种污染元素的污染状况及来源。结果表明,桂林中心城区PM_(2.5)元素污染分布呈区域性,象山区、秀峰区和叠彩区PM_(2.5)中主要污染元素为Si和Ca,其质量浓度之和分别占该区14种主要污染元素总质量浓度的86.45%(象山区)、78.81%(秀峰区)和74.73%(叠彩区);七星区PM_(2.5)中主要污染元素为Si、Ca、Al,其质量浓度之和占该区14种主要污染元素总质量浓度的76.64%,象山区PM_(2.5)中并未检测到Ti,其他3个区均检测到Ti,仅在七星区PM_(2.5)中检测到了Zn、Cu、F、Mn;通过富集因子分析表明,在整个桂林中心城区PM_(2.5)中,Cl、Zn、Ca、F为高度富集,S、Cu为中度富集,Na、Mg、Si、K、Mn、Ti、Fe为轻度富集;由Pearson相关分析和主成分分析结果表明:桂林秋季中心城区PM_(2.5)污染源为土壤、燃煤、汽车尾气和金属冶炼。

关键词： PM_(2.5) 元素富集因子分析 Pearson相关分析因子分析污染来源

考虑SSI效应的核电设备高效易损性分析方法研究

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考虑SSI效应的核电设备高效易损性分析方法研究

作者：刘鸿泉南京航空航天大学

学位级别：硕士

我国作为能源大国,在满足国民能源需求的前提下,发展可持续发展的绿色能源非常有必要。为达到“碳中和”、“碳达标”的能源指标,发展核能这种清洁能源是一种有效的途径。在核能大力发展的形势下,对这类重大工程结构进行地震安全评估是... 详细信息

我国作为能源大国,在满足国民能源需求的前提下,发展可持续发展的绿色能源非常有必要。为达到“碳中和”、“碳达标”的能源指标,发展核能这种清洁能源是一种有效的途径。在核能大力发展的形势下,对这类重大工程结构进行地震安全评估是非常有必要的。由于核电结构体积庞大、形式复杂,目前针对核电结构的易损性分析大多采用简化模型进行,无法体现核电内部结构复杂的局部特性,本文采用精细化核电结构模型进行考虑SSI效应的核电设备易损性分析,建立了高效的设备易损性分析方法。具体工作如下:(1)基于建立的精细化核电有限元模型和场地模型,考虑材料的变异性,采用拉丁立方法进行采样形成随机有限元模型,为概率地震风险评估提供模型基础;采用符合中国地震活动特性的地震危险性分析方法进行了某核电厂厂址的地震危险性分析,为后续计算提供输入条件;基于理想化的假定条件,求解了核电内部设备的极限能力值,作为后续核电设备易损性分析的失效阈值。(2)基于MPI标准协议发展了场地模型沿三个方向同时划分进程的分区并行算法,大大提高了核电模型地震响应分析的计算效率,为建立高效易损性分析过程提供了技术支持;同时提供了复杂场地波动散射输入问题的一种方法,实现了透射边界和粘弹性边界两种实现方式,并初步验证了该方法的可行性。(3)基于建立的随机地震动-土-结样本,采用本文发展的高效并行算法进行了核电站的土-结相互作用地震响应分析。首先对分析结果进行了简单分析,然后基于数值模拟结果,采用传统的对数线性回归法计算了设备的易损性曲线,并分析了地震动特征参数以及结构内部局部特性对易损性曲线的影响。(4)基于神经网络将MC增量法应用于核电设备的易损性分析,其中采用自适应算法补充数值模拟样本来优化ANN模型,有效的控制了样本数量。最后基于ANN预测数据分别采用回归法和增量法计算了设备的易损性曲线,并探讨了不同地震动特征值对ANN模型建立以及设备易损性曲线的影响。总体而言,本文通过具体的核电设备算例验证了上述高效易损性分析方法的可行性,通过计算结果发现:(1)进行核电结构地震响应分析时,土-结相互作用效应不容忽视;(2)结构内部局部特征对易损性曲线影响突出,建立精细化有限元模型很有必要;(3)回归法中对数线性回归假定具有基本合理性;(4)不同地震动特征值对地震易损性曲线有一定影响。

关键词：地震易损性分析并行分区算法波动散射模拟人工神经网络概率地震危险性分析