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基于深度学习的拓扑优化算法研究

基于深度学习的拓扑优化算法研究

作者：崔富豪烟台大学

学位级别：硕士

拓扑优化是工业设计领域中常见的数学方法,旨在给定的物理领域内,在满足各种约束条件、负载和其他边界条件等前提下,生成最佳的拓扑结构。传统的拓扑优化方法大多使用有限元法(Finite Element Method,FEM),但有限元方法的迭代计算很大... 详细信息

拓扑优化是工业设计领域中常见的数学方法,旨在给定的物理领域内,在满足各种约束条件、负载和其他边界条件等前提下,生成最佳的拓扑结构。传统的拓扑优化方法大多使用有限元法(Finite Element Method,FEM),但有限元方法的迭代计算很大程度上增加了拓扑优化的时间成本和算力成本。如今,机器学习和深度学习在图像生成领域内的快速发展为拓扑优化的发展带来了机遇。其中,扩散模型是一种新兴的图像生成模型,因生成效果优秀、细节完美等特点被广泛使用;条件生成对抗网络作为经典的图像生成模型,能够根据给定的条件信息生成相应的高质量图像。本文对将在这两个模型的基础上提出基于深度学习的拓扑优化方法,通过优化网络结构,使其更适应拓扑优化生成特性和要求。本文的主要工作如下:(1)提出了基于条件扩散模型的拓扑优化算法(Topology Optimization using Conditional Diffusion Modes,TOu CD)。针对预测拓扑优化最终结构问题,提出采用扩散模型进行预测的深度学习方法为了预测有特定需求的拓扑结构,使整个拓扑优化更具有针对性和物理意义,在扩散模型中创新性地在时间编码器(Time Embedding)中加入了条件信息;为了提高模型的训练效果,损失函数采用均方误差(Mean Squared Error,MSE)和绝对值误差(Mean Absolute Error,MAE)分段式启动模式,使模型快速收敛并趋向于稳定,预测结果与金标准高度相似。通过实验验证,该方法产生的预测结构具有多样化、噪声少等优点。(2)提出了基于级联条件对抗网络的拓扑优化算法(Topology Optimization using Multi-stage c GAN,mc GANs)。针对基于深度学习的拓扑优化方法在条件信息的生成中仍需大量前期准备工作的问题,本文提出级联网络。网络前两个自网络用于生成应变、应力等物理条件信息,后一个子网络用于预测最终拓扑结构,在保证拓扑结构具有物理意义的同时极大地节省了时间成本和算力成本。为了提高网络生成效果,模型生成器采用U-Net架构并加入注意力机制;为了解决模型深度增加导致的梯度爆炸问题,模型引入了残差模块;最后,为了优化部分预测结果出现噪声问题,采用局部二值化方法对最终结果进行后处理。通过实验验证,该方法在时间成本上远远小于传统方法并且领先于TOu CD,预测结果也和传统方法高度相似,且无需迭代计算为实验做前期准备。(3)提出基于条件对抗网络的热扩散拓扑优化算法(Thermal Diffusion Topology Optimization Using c GAN,TDuc GAN)。针对TOu CD预测时间成本依旧很大和mc GANs无法适应热扩散拓扑结构预测问题,本文提出了TDuc GAN网络;针对于深度学习网络不能很好识别出拓扑优化过程中的重要信息问题,本文在TDuc GAN网络中引入了CBAM注意力机制;针对于预测结构与真实结构存在差异性问题,本文多次对TDuc GAN模型进行实验分析,归纳出合理的损失函数。

关键词：扩散模型条件生成对抗网络拓扑优化 U-Net模型

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长子县文化遗产旅游资源开发现状调查与评价

长子县文化遗产旅游资源开发现状调查与评价

作者：崔阿静内蒙古财经大学

学位级别：硕士

山西省长子县文化遗产旅游资源丰富多样。科学合理地开发不仅有利于保护和传承长子县的文化遗产旅游资源;还有利于提高从业者的收入、增加地方财政收入;进而实现通过开发文化遗产旅游资源反哺文化遗产旅游资源的目标。所以,本文以长子... 详细信息

山西省长子县文化遗产旅游资源丰富多样。科学合理地开发不仅有利于保护和传承长子县的文化遗产旅游资源;还有利于提高从业者的收入、增加地方财政收入;进而实现通过开发文化遗产旅游资源反哺文化遗产旅游资源的目标。所以,本文以长子县文化遗产旅游资源开发状况调查及评价研究为题,运用文献归纳、实地调研、定性与定量相结合等方法对长子县文化遗产旅游资源开发状况进行调查与评价。通过对长子县文化遗产旅游资源开发状况调查得到结论:长子县是精卫填海传说之发源地,是丹朱封地,县域内一共保存着不可移动的文物有891处,其中包括13处国保单位、17处省保单位、14处市保单位、198处县保单位;馆藏文物保存有59319件,其中包括19件一级文物、73件二级文物、303件三级文物;元以前古建筑39处,占所属长治市同期文物的20%以上,可谓历史悠久、山川锦绣、古迹众多、文化灿烂,积淀深厚。丰富的文化旅游资源对当地旅游发展起到了很好的促进作用,但也存在一些问题,比如,问题配套设施不够健全,部分景点出现破坏,娱乐性内容相对缺乏,宣传力度不够等。针对上述结论提出开发策略:本着保护与开发互不影响、经济效益和社会效益互不冲突的原则,对山西省长子县文化遗产旅游进行整体保护、采取针对性开发、改善基础设施与配套设施、采取多方宣传和合理营销的方式、加强合作保护等开发政策。

关键词：文化遗产旅游资源调查与评价山西省长子县

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管道内表面双裂纹相互作用研究

管道内表面双裂纹相互作用研究

作者：崔金泰北京化工大学

学位级别：硕士

压力管道广泛应用在石油化工、航天等行业中,裂纹是威胁管道安全运行的重要因素之一。工程管道上的裂纹往往是以多裂纹或裂纹群形态出现。因此,研究裂纹之间的相互作用,并对裂纹群进行等效和评定具有非常重要的意义。本文基于FRANC3D裂... 详细信息

压力管道广泛应用在石油化工、航天等行业中,裂纹是威胁管道安全运行的重要因素之一。工程管道上的裂纹往往是以多裂纹或裂纹群形态出现。因此,研究裂纹之间的相互作用,并对裂纹群进行等效和评定具有非常重要的意义。本文基于FRANC3D裂纹分析软件,对管道内表面环向双裂纹之间的相互作用进行数值模拟,考察影响裂纹间相对作用的因素,包括裂纹间距、偏置、裂纹尺寸、管道尺寸、裂纹倾斜角度等变量,提出裂纹之间屏蔽或加强作用边界,拟合平行双裂纹前缘关键点应力强度因子计算公式。主要研究内容和结论如下:（1）建立了管道内表面环向双裂纹有限元模型并应用FRANC3D进行分析。通过对比单裂纹数值模拟结果与已知经验公式计算结果,验证了有限元模型和采用FRANC3D进行裂纹分析的可靠性。（2）对于本文研究的双裂纹,定义了主、次裂纹,研究了在不同相对位置和相对尺寸下双裂纹间相互作用,重点是次裂纹对主裂纹前缘关键点处应力强度因子的影响。结果发现,如果双裂纹之间没有偏置,则主裂纹前缘受到屏蔽作用;如果双裂纹之间发生偏置,则主裂纹前缘不同位置受到的作用不一样,裂纹远端一般受加强作用,而裂纹近端一般受到屏蔽作用;主次裂纹本身的相对尺寸变化对裂纹受到增强作用或屏蔽作用的边界没有影响,但影响增强或屏蔽作用的大小。（3）考察了主裂纹尺寸和管道尺寸对裂纹间相互作用的影响,发现在所研究范围内,管道尺寸对裂纹间相互作用影响可以忽略;当裂纹间相互距离同比变化时,主裂纹尺寸变化对双裂纹间的相对作用影响很小。（4）根据平行双裂纹数值模拟结果,建立了双裂纹相互屏蔽或加强作用边界,拟合了以应力强度因子为表征的管道内表面环向平行双裂纹相互作用计算关联式,并进行了数值验证。（5）基于平行双裂纹研究,考察了不平行双裂纹相互作用。结果表明,相对于平行裂纹,由于不平行裂纹相对位置发生改变,裂纹间的相互作用随次裂纹倾斜角变化而变化;然而,改变次裂纹的尺寸,1/1～0随次裂纹倾斜角度的变化趋势没有改变,意味着主裂纹前缘受到加强作用或削弱作用的相对位置并没有发生改变,但加强作用或削弱作用的大小有所变化。

关键词：管道双裂纹应力强度因子裂纹间相互作用

变革型领导对幼儿园教师职业倦怠的影响研究：一个有调节的中介模型

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变革型领导对幼儿园教师职业倦怠的影响研究：一个有调节的中介模...

作者：崔心怡扬州大学

学位级别：硕士

高性能凹凸棒土-聚四氟乙烯分离膜的制备工艺及其研究

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表面技术 2024年第10期53卷 230-242页

作者：吕震北彭文海潘文涛薛伟彭德连王春笋温州大学机电工程学院浙江温州325035 温州大学激光加工机器人国际科技合作基地浙江温州325035 温兄控股集团股份有限公司浙江温州325024

目的由于工业含油废水的日益增多和溢油事故的频发,高性能分离膜的制备研究受到了极大的关注。有特殊表面润湿性的膜由于其分离效果好,在油水分离的实际应用中被广泛应用。然而,实际要获得有特殊表面润湿性的膜不仅制备过程复杂,而且成... 详细信息

目的由于工业含油废水的日益增多和溢油事故的频发,高性能分离膜的制备研究受到了极大的关注。有特殊表面润湿性的膜由于其分离效果好,在油水分离的实际应用中被广泛应用。然而,实际要获得有特殊表面润湿性的膜不仅制备过程复杂,而且成本高昂。制备有特殊润湿性表面的方法通常为2步,先构造分级粗糙表面,然后用低表面能材料对表面进行化学修饰。方法提出了一种简单、低成本、高效的方法,通过皮秒激光在聚四氟乙烯上打孔,然后喷涂凹凸棒土来制备高性能的凹凸棒土-聚四氟乙烯油水分离膜。结果制得凹凸棒土-聚四氟乙烯分离膜,由于聚四氟乙烯本身就具有疏水性,再经过打孔、喷涂工艺的叠加,其表面形成了独特且粗糙的微纳结构,测试的样品中接触角均在150°以上,具有超疏水特性。在油水分离过程中,薄膜的微孔直径小于200μm时,其油水分离效率均在98.0%以上。更重要的是,所制备的膜的分离效率在严重磨损或40次分离循环后没有明显变化,其分离效率仍在96.0%以上,并且在强酸强碱等腐蚀介质中浸泡24h后,依然具有良好的润湿性能和油水分离性能,表明该膜具有良好的耐用性和稳定性,为快速制备高性能分离膜提供了新的途径。结论制备的超疏水凹凸棒土-聚四氟乙烯膜具有优异的性能,可在实际过程中广泛应用。

关键词：凹凸棒土聚四氟乙烯微纳结构超疏水性能油水分离