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大开孔压力炉热流固耦合有限元计算及优化设计研究

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大开孔压力炉热流固耦合有限元计算及优化设计研究

作者：禹成祥北京化工大学

学位级别：硕士

随着我国石油化工、船舶、航空航天等行业的迅速发展,压力容器在生产制造中扮演着越来越重要的角色。为满足多种复杂的生产工艺要求,方便物料的反应与输送,常常在容器筒体上开设径向大开孔接管,过大的开孔率使得连接处的强度明显减弱,... 详细信息

随着我国石油化工、船舶、航空航天等行业的迅速发展,压力容器在生产制造中扮演着越来越重要的角色。为满足多种复杂的生产工艺要求,方便物料的反应与输送,常常在容器筒体上开设径向大开孔接管,过大的开孔率使得连接处的强度明显减弱,伴随着间歇性频繁操作产生的循环载荷,以及容器内部高温介质导致的热应力影响,接管与筒体连接处成为了容器最为容易发生失效破坏的区域之一。本文基于我国压力容器分析设计标准,分别运用热固耦合分析与热流固耦合分析方法,通过有限元分析软件ANSYS Workbench 2020 R2,对某真实生产设备大开孔压力炉展开分析计算,并以从设备中衍生出的径向接管结构作为研究对象,探究了多个尺寸参数对其塑性极限载荷的影响,拟合出适用于工程中的径向大开孔极限载荷估算公式,并进一步对设备做出适当的优化改进。主要研究内容及结论如下:(1)大开孔压力炉热固耦合分析。利用ANSYS Workbench 2020 R2有限元分析软件,先后计算了大开孔压力炉设备主体部分以及其余附件的温度场分布和设计工况下的应力强度,为考虑热应力与热变形对设备应力水平的影响,通过热固耦合分析的方法,将稳态热分析计算得到的热载荷导入静力学分析模块中,计算了设备在工作工况下的应力强度值。最后,按JB 4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》(2005年确认)对设备应力强度和疲劳寿命进行了校核。结果表明,其在设计工况与工作工况下均满足设计要求,不会发生强度失效与疲劳失效。(2)大开孔压力炉热流固耦合分析。利用ANSYS Workbench 2020R2有限元分析软件中流体计算模块,对大开孔压力炉设备主体部分进行了流体传热计算,再将求得的温度载荷导入静力学分析模块,完成了设备的热流固耦合分析,并对比分析了热固耦合分析与热流固耦合分析两种计算方法的差异。结果表明,使用热流固耦合分析方法,可得到空间各方向的温度梯度,一次加二次应力数值较大,容器内的回流区域增强了介质与设备内壁面之间的扰流作用,从而提升了对流换热效率,使得设备整体温度较低。尽管采用热流固耦合分析方法更符合实际,但其计算成本高,对于本文所研究的大开孔压力炉设备而言,采用热固耦合分析方法完全可满足工程实际需要。(3)径向大开孔接管极限载荷研究及结构优化设计。对径向大开孔接管结构进行了极限载荷分析,明晰了在内压不断增大的情况下,径向接管结构的应力分布情况。通过设计混合正交试验,研究了4个无量纲尺寸参数对接管结构极限内压的影响规律,并通过公式拟合并采用大量模拟试验验证,得到内压作用下径向大开孔接管的极限载荷工程估算公式,利用此公式对本文研究的大开孔压力炉设备进行了优化改进,使得设备重量在原有基础上减少了20.25%。

关键词：大开孔接管热固耦合热流固耦合极限载荷优化设计

基于综合优属度的大风区高速铁路线路方案优选研究

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铁道科学与工程学报 2024年第3期21卷 873-881页

作者：韩峰王成祥刘泽龙兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

为了应对西部路网扩张过程中必须面临的大风环境高铁建造问题,从问题的本源出发,研究选线设计与大风环境的耦合关系,建立科学的决策模型成为实现高速铁路高质量建设的关键内容。通过分析大风区高速铁路线路方案设计的主要影响因素并参... 详细信息

为了应对西部路网扩张过程中必须面临的大风环境高铁建造问题,从问题的本源出发,研究选线设计与大风环境的耦合关系,建立科学的决策模型成为实现高速铁路高质量建设的关键内容。通过分析大风区高速铁路线路方案设计的主要影响因素并参考选线原则,从工程技术、生态环境、防风工程和社会效益4个方面选取22项指标,建立大风区高速铁路线路方案优选的多层次指标体系。采用三角模糊数对定性指标量化后,引入最佳去模糊性能值的方法将其转化为精确数,并融合粗糙集理论中的属性约简算法与信息熵理论,根据属性重要度将冗余或不重要的属性去除,实现初选指标的筛选。为使结果既能反映决策者的主观经验,又能反映指标数据的客观真实性,同时兼顾数据的变异和相互影响程度,分别采用G2法和CRITIC法进行主、客观赋权,并引入最优卡方距离的思想计算最终权重。最后,统筹考虑距离相似性和几何相似性维度,采用靶心距确定距离优属度以及与集合曲线趋势变化的趋同程度确定几何优属度,建立基于综合优属度的大风区高速铁路线路方案决策模型,并结合工程实例对模型进行验证。结果表明,基于本模型的大风区高速铁路方案的决策结果与工程实际具有较好的一致性,验证了模型的可靠性和适用性,为大风区高铁线路方案优化设计提供一定的理论支持。

关键词：大风环境高速铁路线路方案优选属性约简综合优属度

基于云模型的高速铁路引入铁路枢纽线路方案优选研究

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铁道科学与工程学报 2024年第6期21卷 2131-2141页

作者：王成祥韩峰刘泽龙兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

针对高速铁路引入铁路枢纽线路方案设计所面临的多维环境影响、多重约束条件以及多元评价目标,建立科学的线路方案决策模型成为亟需解决的关键难题。以走得通、走得稳、走得好、走得省为目标,从5个维度选取30项指标建立高速铁路引入铁... 详细信息

针对高速铁路引入铁路枢纽线路方案设计所面临的多维环境影响、多重约束条件以及多元评价目标,建立科学的线路方案决策模型成为亟需解决的关键难题。以走得通、走得稳、走得好、走得省为目标,从5个维度选取30项指标建立高速铁路引入铁路枢纽线路方案优选的层次指标体系。采用改进的黄金分割法和云模型理论对定性指标进行系统量化后转化为灰色关联系数矩阵,度量决策信息的差异性和不确定性的同时还能衡量与目标序列趋势变化的趋同程度。为了提供科学客观和准确系统的决策支持,统筹VIKOR法和改进密切值法建立基于客观数据驱动的线路方案决策模型,从不同维度对备选方案进行全面评估;在深入分析沿线5个利益群体的利益诉求以及不利后果的基础上,引入Pythagorean模糊云模型理论优化了由于利益群体有限理性行为所引起的缺陷,并融合逼近理想解排序的思想建立了基于方案偏好驱动的线路方案决策模型,提高方案的可行性和可接受性。最后统筹考虑客观数据信息值以及方案偏好信息值进行综合决策,并结合工程实例对模型进行应用分析。结果表明:基于本模型的决策结果与工程实际具有较好的一致性,验证了模型的可靠性和适用性,为高速铁路引入铁路枢纽线路方案优化设计提供了一定的理论支持。

关键词：高速铁路铁路枢纽线路方案优选云模型客观数据驱动方案偏好驱动

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乡村振兴战略下南阳市农村产业融合发展研究

乡村振兴战略下南阳市农村产业融合发展研究

作者：郭成祥河南工业大学

学位级别：硕士

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草酸二甲酯催化制备碳酸二甲酯反应过程研究

中国煤炭 2024年第2期50卷 124-131页

作者：张成祥兖矿国宏化工有限责任公司山东省济宁市273500

研究了草酸二甲酯脱羰生成碳酸二甲酯的反应机理,设计开发了新型脱羰催化剂,分别进行了间歇釜式、连续固定床两种反应工艺催化剂的评价筛选和反应工艺条件优化。通过对草酸二甲酯脱羰催化剂及工艺的实验研发,发明了一种含铯固体碱催化剂... 详细信息

研究了草酸二甲酯脱羰生成碳酸二甲酯的反应机理,设计开发了新型脱羰催化剂,分别进行了间歇釜式、连续固定床两种反应工艺催化剂的评价筛选和反应工艺条件优化。通过对草酸二甲酯脱羰催化剂及工艺的实验研发,发明了一种含铯固体碱催化剂(主要成分为Ba-CeCs_(2)CO_(3)-Al_(2)O_(3),简称“BS-CCL”);采用该催化剂,间歇釜式反应工艺中草酸二甲酯的转化率高,生成碳酸二甲酯的选择性较好。

关键词：碳酸二甲酯草酸二甲酯脱羰固体碱催化剂反应条件

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基于区域协调发展理念的西部山区线路方案优选算法研究

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铁道科学与工程学报 2024年第6期21卷 2476-2487页

作者：刘泽龙韩峰王成祥兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

西部山区的地理环境复杂、生态环境脆弱,因此西部山区铁路选线工作尤其需要注重环保和建设运维成本的问题。在设计阶段应尽可能地考虑铁路和区域环境的协同可持续发展,对两者的协同机制进行研究是必要的。同时,新时期双碳目标背景下绿... 详细信息

西部山区的地理环境复杂、生态环境脆弱,因此西部山区铁路选线工作尤其需要注重环保和建设运维成本的问题。在设计阶段应尽可能地考虑铁路和区域环境的协同可持续发展,对两者的协同机制进行研究是必要的。同时,新时期双碳目标背景下绿色铁路建设也需要从线路与区域环境协调发展视角进行深入研究。为此,开展了基于区域环境协调发展理念的西部山区线路方案优选算法研究。以西部山区铁路工程子系统的工程和经济要素以及周边区域环境子系统的经济环境、生态环境和社会环境要素为切入点,建立“2子系统-5要素-33指标”的西部山区铁路工程与周边区域环境协调发展指标体系。运用相对熵组合赋权法进行主客观权重的权衡优化,确定了指标的组合权重。结合耦合理论构建了西部山区铁路工程与周边区域环境耦合协调评价模型,通过该模型定量化分析两者的相互作用程度。基于耦合协调评价模型设计了西部山区线路方案优选算法。以成贵铁路宜宾至威信段线路方案优选为例进行应用验证。优选算法的计算结果与既有研究结果相符,耦合协调模型将各线路方案与相关区域环境的协调程度简洁直观地呈现了出来。该算法提高了西部山区线路方案优选的科学性和适用性。研究成果可为未来西部山区线路方案优选问题提供一定的参考。

关键词：西部山区铁路区域环境相对熵耦合协调模型线路方案优选

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基于多模态特征融合的电商图文检索方法研究

基于多模态特征融合的电商图文检索方法研究

作者：朱成祥哈尔滨商业大学

学位级别：硕士

随着互联网和移动技术的快速发展,电子商务市场成为现代商业生活的重要组成部分,线上购物成为消费者的首选方式,在促进电商平台技术不断发展和完善的同时,也产生了海量的电商图文数据,为其带来了新的挑战和机遇。电商图文检索作为电商... 详细信息

随着互联网和移动技术的快速发展,电子商务市场成为现代商业生活的重要组成部分,线上购物成为消费者的首选方式,在促进电商平台技术不断发展和完善的同时,也产生了海量的电商图文数据,为其带来了新的挑战和机遇。电商图文检索作为电商购物平台的关键性技术,直接影响用户的体验和电商平台商品的检索效率。传统的电商检索方法大多基于单一模态,如纯文本或纯图像检索,这限制了检索结果的准确性和丰富性。在实际应用中,用户的查询往往是模糊和多元的,单一模态的检索方法己不足以满足复杂多变的用户需求,这就要求检索系统能够理解和处理多模态信息。然而,图像和文本数据在特征表达和信息含义上存在显著差异,容易导致“模态鸿沟”问题的出现,如何将多种单一模态的特征信息进行有效融合,以实现更准确、更高效的信息检索模型,成为亟待解决的问题。针对多模态图文检索中可能会存在的语义理解困难和模态鸿沟等问题,本文从对比学习和特征融合两个方面对电商图文检索方法进行探讨和研究。在文本特征提取方面,本文在预训练模型的基础上,采用无监督领域自适应方法针对电商文本进行二次预训练,并设计不同的情感分析分类器,使用电商文本数据进行训练,从而提高文本特征提取模型对电商特有文本的理解能力。在图像特征提取方面,主要选取ViT模型作为特征提取的主干网络,设计不同的图像分类分类器,在电商图像数据中进行训练,使特征提取模型更侧重于图像中电商方面的特征信息。在基于对比学习方法的图文检索模型的研究中,本文采用RoBERTa-wwm-ext预训练模型的作为文本特征提取器,选用ResNet50和ViT模型作为图像特征提取器,同时对余弦相似性度量函数进行改进,引入可学习参数logitscale,使对比学习的相似度输出均为正值,增加数值稳定性。对比学习模型主要以CLIP模型设计为基础,对比学习方法为框架进行检索模型的设计,优化图像和文本的联合表示,学习多种模态语义级别的对应关系,从而抽象出不同模态的内在一致性,进而提高模型的检索性能。实验结果表明,在Multimodal Retrieval Dataset数据集上,相较于原始模型而言,改进后的模型在MeanR指标上文检图任务分别提高了 1.9%和1.4%,图检文任务分别提高了 1.1%和2%,验证了检索模型的有效性。在基于多模态特征融合的图文检索方法研究中,通过综合利用图像和文本的互补信息,获取更加丰富的特征表示,进而提高电商图文检索的性能。在该项研究中,本文提出MF-ETR模型,模型选择RoBERTa-wwm-ext模型作为文本特征提取器,由于通过对比学习方法训练的图文检索模型具有丰富的视觉语义特征,因此将此模型作为电商图像数据的特征提取器,使用并改进合并注意力机制和共同注意力机制两种特征融合机制作为模型的融合模块。其中合并注意力融合机制通过自注意力和前馈网络,有效融合图像特征和文本特征,强调多模态数据中最相关的信息。共同注意力融合机制则通过交叉注意力机制允许不同模态之间的特征相互学习和交互,增强了模态间的相关性和内在联系,进而增强模型性能表现。实验结果表明,两种融合机制均能有效提高检索模型性能,且采用共同注意力融合机制的MF-ETRco-attention模型比采用合并注意力融合机制的MF-ETRMerged-attention模型性能略高,在文检图和图检文任务的MeanR指标上分别提升了1.9%和1%。此外,通过消融实验验证了合并注意力融合机制中BottleNetwork层和共同注意力融合机制中低秩分解技术的有效性,进一步证明了所提方法的合理性和有效性。综上,本研究提出的改进方法,在一定程度上可以解决多模态图文检索任务中可能存在的语义理解困难和模态鸿沟等问题,并且经过对比实验验证,均有取得了更优的检索效果。

关键词：多模态对比学习特征融合图文检索注意力机制

鄂尔多斯盆地西缘北段构造地质大剖面解析及棋盘井向斜构造成因新解

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地质科学 2024年第3期59卷 712-722页

作者：邹松何登发成祥毛丹凤中国地质大学(北京)能源学院北京100083

西缘冲断带作为鄂尔多斯盆地的西部边界,地处众多不同性质构造单元的过渡区域,其地质特征十分复杂。近年来,西缘冲断带的油气勘探领域不断拓宽,多期次的构造运动影响了油气从生成、运聚到被破坏的整个过程,对这些构造运动产生的构造变... 详细信息

西缘冲断带作为鄂尔多斯盆地的西部边界,地处众多不同性质构造单元的过渡区域,其地质特征十分复杂。近年来,西缘冲断带的油气勘探领域不断拓宽,多期次的构造运动影响了油气从生成、运聚到被破坏的整个过程,对这些构造运动产生的构造变形样式和过程的研究可以为进一步油气勘探奠定基础。本文选取鄂尔多斯盆地西缘北段一条最新处理的近东西向高精度二维地震测线,结合钻井以及露头资料对其进行精细解析和刻画,并运用2D-move软件对解析后的剖面进行反演与正演模拟。结果表明:1)鄂尔多斯盆地西缘北段棋盘井镇地区的向斜构造为基底复合构造楔向东楔入形成,向斜核部地层加厚与桌子山—横山堡断裂的活动有关;2)过鄂尔多斯盆地西缘北段的构造地质剖面现今长度120 km,经过反演平衡恢复后的剖面长度为137.68 km,累计构造缩短量17.86 km,整体构造缩短率约13%,其中燕山期的缩短量最大,缩短量12.72 km,缩短率为10%;3)根据地层接触关系及构造演化模拟可知棋盘井向斜的形成时间大致在燕山中期,银川地区在该时期为高部位隆起。

关键词：鄂尔多斯盆地西缘棋盘井向斜构造楔构造演化

铜-铝电磁脉冲焊接界面形成过程的原子扩散行为

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焊接学报 2024年第3期45卷 22-31,I0004页

作者：李成祥许晨楠周言陈丹米彦重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044

电磁脉冲焊接技术以高压脉冲放电驱使异种金属可靠连接而备受关注,但其界面结合机制尚不明确.该文搭建了铜-铝电磁脉冲焊接综合试验平台,捕获了焊接的动力学过程,得到碰撞点速度与碰撞角度的变化规律.在此基础上,构建了基于分子动力学... 详细信息

电磁脉冲焊接技术以高压脉冲放电驱使异种金属可靠连接而备受关注,但其界面结合机制尚不明确.该文搭建了铜-铝电磁脉冲焊接综合试验平台,捕获了焊接的动力学过程,得到碰撞点速度与碰撞角度的变化规律.在此基础上,构建了基于分子动力学模拟的电磁脉冲焊接典型界面(平直界面与涡旋界面)形成过程的对应模型,探究了焊接中的原子扩散行为,并根据模拟结果计算了典型结合界面的扩散层厚度,同时采用透射电子显微镜分析了结合界面的微观结构.研究结果表明,剧烈碰撞驱使界面材料塑性变形,界面材料塑性形变形成冶金结合和机械咬合是铜-铝电磁脉冲焊接界面的结合机制,且涡旋界面处的原子扩散厚度大于平直界面.该文可为深入理解电磁脉冲焊接机理和调控焊接效果提供科学依据.

关键词：电磁脉冲焊接界面形成原子扩散行为分子动力学