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改进蚁群算法求解复杂绿色周期性车辆路径问题

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改进蚁群算法求解复杂绿色周期性车辆路径问题

作者：王颂博昆明理工大学

学位级别：硕士

周期性车辆路径问题（Periodic Vehicle Routing Problem,PVRP）是传统车辆路径问题的一个重要拓展,主要是为了满足客户多次配送服务的要求,优化配送周期内的客户组合和配送路径。目前,环境与能源问题的日益严峻,每个国家对环保的要求... 详细信息

周期性车辆路径问题（Periodic Vehicle Routing Problem,PVRP）是传统车辆路径问题的一个重要拓展,主要是为了满足客户多次配送服务的要求,优化配送周期内的客户组合和配送路径。目前,环境与能源问题的日益严峻,每个国家对环保的要求越来越严格。因此,考虑燃油消耗和碳排放等因素的绿色周期性车辆路径问题（Green Periodic Vehicle Routing Problem,GPVRP）具有十分重要的理论价值与现实意义。本文对复杂绿色周期性车辆路径问题以及解决相关问题的求解方法进行研究,主要内容如下:（1）在经典PVRP问题的基础上,进一步考虑绿色能耗指标,并选用综合油耗计算模型,建立以最小化总费用为优化目标的GPVRP数学模型。同时,提出一种混合蚁群算法（Hybrid Ant Colony Optimization,HACO）进行求解,为提升算法的搜索效率,HACO在信息素更新阶段引入挥发因子的自适应更新策略,且融合了变邻域局部搜索。最后,仿真分析证实了HACO是求解GPVRP的有效算法。（2）在GPVRP的基础上,进一步考虑时间窗的约束,建立多目标带时间窗的绿色周期性车辆路径问题（Green Periodic Vehicle Routing Problem with Time Windows,GPVRPTW）数学模型,以同时最小化总运输时间和总费用为优化目标,并提出改进蚁群算法（Improved Ant Colony Optimization,IACO）进行求解。首先,IACO采用三维概率矩阵记录不同配送日期的车辆路径子问题的优质解信息,并设计基于信息熵（Information Entropy,IE）的信息素更新机制进行合理地学习和积累,从而增强算法全局搜索的引导性。其次,为了让IACO更深入地搜索解空间,在局部搜索部分加入包括5种邻域操作的变邻域搜索（Variable Neighborhood Search,VNS）。最后,各种规模算例的仿真实验下,证明了IACO的有效性。（3）在GPVRPTW的基础上,进一步考虑多车场约束,建立多目标带时间窗的绿色多车场周期性车辆路径问题（Green Multi-Depot Periodic Vehicle Routing Problem,GMDPVRP）数学模型,以同时最小化总运输时间和总费用为优化目标,并提出一种结合聚类分解策略的改进蚁群算法（Improved Ant Colony Optimization combined with Clustering Decomposition,IACO＿CD）进行求解。首先,IACO＿CD采用二进制编码解码规则与改进K-means聚类方法将GMDPVRP分解为一系列GVRPTWs子问题,可较好实现问题的分解优化。其次,提出IACO＿CD对各个GVRPTW子问题进行求解,进而获得原问题的解。IACO＿CD设计分目标方法与模拟退火机制控制Pareto解集的更新,并运用莱维飞行公式动态控制挥发因子,从而使信息素自适应更新以增强算法全局搜索能力。局部搜索阶段,设计了融合5种邻域操作的三阶段变邻域搜索。最后,算法仿真与实验分析验证了IACO＿CD的可靠性。

关键词：周期性车辆路径问题能耗蚁群算法自适应信息素更新变邻域搜索

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油凝胶对火腿肠品质影响及机制初探

油凝胶对火腿肠品质影响及机制初探

作者：王颂博河南工业大学

学位级别：硕士

火腿肠是人们广泛消费的肉类灌肠制品,其因良好的风味、质地、食用方便、易携带保存等特点而深受人们喜爱。在火腿肠生产过程中,通常以动物脂肪作为脂质来源,而动物脂肪中含量较高的饱和脂肪酸以及胆固醇,已被研究证明对人类健康不利。... 详细信息

火腿肠是人们广泛消费的肉类灌肠制品,其因良好的风味、质地、食用方便、易携带保存等特点而深受人们喜爱。在火腿肠生产过程中,通常以动物脂肪作为脂质来源,而动物脂肪中含量较高的饱和脂肪酸以及胆固醇,已被研究证明对人类健康不利。本文首先以不同玉米油凝胶部分替代火腿肠中动物脂肪,对其品质进行分析,筛选合适的凝胶剂;随后探究油凝胶对肌原纤维蛋白凝胶特性的影响;并进一步通过添加淀粉,探索油凝胶对蛋白-淀粉复合物凝胶特性的影响;最后以八种市售猪肉火腿肠质构及感官数据为基础建立评价体系,用油凝胶全替代动物脂肪对火腿肠配方组成进行优化。(1)基于不同凝胶形成机理,用不同的凝胶剂制备玉米油凝胶。在10%凝胶剂浓度下,甾醇/谷维素油凝胶强度最高(363.49 g),其次为蜂蜡和乙基纤维素油凝胶,单甘酯参与形成的凝胶强度较弱,由其单独形成的油凝胶强度仅为57.54 g;此外,凝胶强度与火腿肠质构硬度密切相关,用甾醇/谷维素、蜂蜡、乙基纤维素油凝胶制备的火腿肠具有较高的硬度,分别为9898.43 g、10153.50 g、13486.16 g。单甘酯以及单甘酯/谷甾醇油凝胶替代组火腿肠保水性较差,分别为96.5%、98.4%。蜂蜡油凝胶替代组具有较差的乳化稳定性,汁液损失最高且以水分损失为主。油凝胶取代脂肪能够增加火腿肠的亮度值,略微降低其红度及肉糜的p H值。感官评价方面,蜂蜡、乙基纤维素、单甘酯/谷甾醇、谷甾醇/谷维素,单甘酯与谷甾醇/谷维素油凝胶替代组得分较高。(2)通过对比单甘酯与谷甾醇/谷维素油凝胶与猪油在不同添加量下对肌原纤维蛋白凝胶特性的影响探究油凝胶造成火腿肠品质下降的原因。流变结果表明,初始温度下添加油凝胶的肌原纤维蛋白脂质复合物具有较低的弹性模量,随后的加热过程中,两者复合物弹性模量大小逐渐趋于一致,说明温度升高导致脂质熔融,降低了脂质对蛋白网络的填充效果。凝胶强度及持水性测试也呈现出猪油大于油凝胶的趋势。通过微观结构观察对脂质及蛋白质的分布进行分析表明猪油对蛋白质网络的填充效果优于油凝胶;此外,油凝胶同样被一层蛋白膜所包裹,表明油凝胶在蛋白基质中的稳定方式与猪油相同。对复合物凝胶上清液中蛋白质组成进行分析,油凝胶没有改变参与形成蛋白凝胶的蛋白质组成。电位及蛋白质二级结构分析表明,油凝胶可能会促进蛋白质的聚集。因此,油凝胶造成肌原纤维蛋白品质下降的原因可能是其较低的凝胶强度不能对蛋白质网络有较好的填充效果,且增加了蛋白质间的聚集导致蛋白质网络不能很好的稳定脂质。(3)研究了单甘酯与谷甾醇/谷维素油凝胶与猪油对玉米淀粉-蛋白复合物结构的影响。结果表明,脂质的添加增强了淀粉颗粒在加热过程中的粘度,猪油比油凝胶更能促进淀粉的膨胀分解,降温冷却过程中,糊化淀粉与脂质络合形成淀粉-脂质复合物,油凝胶更容易被包含在淀粉螺旋中,导致淀粉老化增加。红外光谱显示在2854 cm和1746 cm处出现新峰,表明脂质的添加使得淀粉-蛋白-脂质三元复合物形成;添加油凝胶的三元体系样品表现出更高的焓变值,表明其结构有序度更高;X射线衍射结果表明,所有样品在19.95°处显示出一个衍射峰,表明样品都具有典型的V型晶体特征,含有油凝胶的样品结晶度高于含有猪油的样品,也说明油凝胶使样品结构更有序,导致淀粉老化增加。(4)以市售八种猪肉火腿肠的质构及感官评价数据为基础建立评价体系,结果显示,方程预测感官评价数值相对偏差较小,能够较为准确的通过质构值对感官评价值进行预测。在此前期试验基础上,选择淀粉添加量、单甘酯-谷甾醇/谷维素比例,复合磷酸盐添加量为考察因素,以质构硬度值为评价指标,采用响应面试验对配方进一步优化,结果表明,影响油凝胶火腿肠硬度值因素的主次顺序为淀粉添加量>复合磷酸盐添加量>甾醇/谷维素与单甘酯比例;响应面优化最佳工艺条件为:淀粉添加量淀粉添加量8.71%,甾醇/谷维素与单甘酯比例9.7:0.3,复合磷酸盐添加量0.45%。在此条件下制备100%油凝胶替代脂肪的火腿肠,测定其硬度值为11188g。最后对优化后油凝胶火腿肠进行品质分析,其饱和脂肪含量比对照组降低了66.11%,通过预测方程评价体系对火腿肠进行感官预测,除硬度评分较低外,油凝胶火腿肠具有与对照组相似的咀嚼性、内聚性和黏着性评分以及较好的弹性评分。

关键词：火腿肠油凝胶肌原纤维蛋白淀粉脂肪替代品

Nd对Mg-13Gd-0.5Zr合金组织和力学性能的影响

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稀有金属材料与工程 2019年第12期48卷 4046-4052页

作者：陈晓亚李全安李志涛王颂博张帅关海昆西安理工大学陕西西安710048 河南科技大学河南洛阳471023 有色金属共性技术河南省协同创新中心河南洛阳471023

采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和电子拉伸试验机等设备研究了Nd对Mg-13Gd-0.5Zr合金组织和力学性能的影响,结合错配度理论、位错密度的变化规律讨论了合金晶粒细化的机理,并从细晶强化和析出强化等方面阐述了合金强化... 详细信息

采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和电子拉伸试验机等设备研究了Nd对Mg-13Gd-0.5Zr合金组织和力学性能的影响,结合错配度理论、位错密度的变化规律讨论了合金晶粒细化的机理,并从细晶强化和析出强化等方面阐述了合金强化机制。研究发现Mg-13Gd-0.5Zr合金的组成相主要有α-Mg、Mg5Gd,Nd的加入在合金中形成了新相Mg41Nd5,并细化了合金晶粒。Nd的加入显著提高了Mg-13Gd-0.5Zr合金的室温和高温力学性能,当Nd的添加量为2%(质量分数)时,合金在室温和高温下的力学性能达到最大值279MPa(室温)、319MPa(250℃),合金力学性能的提高主要归因于Mg5Gd和Mg41Nd5相的析出强化和细晶强化的双重效果。Mg-13Gd-2Nd-0.5Zr合金在不同温度下的断裂方式主要以脆性断裂为主,随着拉伸温度的升高由脆性断裂向韧性断裂转变。

关键词： Mg-13Gd-0.5Zr Nd 显微组织力学性能细化机理

Mg-11Gd-2Y-1.5Ag-0.5Zr合金的高温蠕变行为

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材料导报 2021年第6期35卷 6126-6130页

作者：关海昆李全安陈晓亚张帅王颂博河南科技大学材料科学与工程学院洛阳471023 有色金属新材料与先进加工技术省部共建协同创新中心洛阳471023

本工作研究了Mg-11Gd-2Y-1.5Ag-0.5Zr合金在225~275℃/110~150 MPa条件下的高温蠕变行为和组织演变。结果表明:合金在225℃/110~150 MPa蠕变状态下,蠕变应力指数n=3.4,蠕变机制为位错滑移机制;在250℃/110~150 MPa蠕变状态下,蠕变应力指... 详细信息

本工作研究了Mg-11Gd-2Y-1.5Ag-0.5Zr合金在225~275℃/110~150 MPa条件下的高温蠕变行为和组织演变。结果表明:合金在225℃/110~150 MPa蠕变状态下,蠕变应力指数n=3.4,蠕变机制为位错滑移机制;在250℃/110~150 MPa蠕变状态下,蠕变应力指数n=4.7,蠕变机制为位错滑移机制;在275℃/110~130 MPa蠕变状态下,蠕变应力指数n=5.8,蠕变机制为位错滑移机制;在275℃/130~150 MPa蠕变状态下,蠕变应力指数n=10.5,幂律蠕变定律失效,蠕变机制较为复杂。根据蠕变激活能Q值对蠕变机制的分析结果与蠕变激活能n值分析结论基本一致。合金在同一温度下,晶粒尺寸随着应力的增大而增大;在同一应力下,晶粒尺寸随着温度的升高而减小。在本研究中,110~150 MPa的高应力范围内,合金在250℃以下有着良好的抗蠕变性能。

关键词： Mg-11Gd-2Y-1.5Ag-0.5Zr 蠕变行为应力指数蠕变激活能

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不同玉米油凝胶作为火腿肠中脂肪替代品

中国油脂 2021年第7期46卷 121-126页

作者：王颂博马传国司天雷陈小威河南工业大学粮油食品学院郑州450001 小麦和玉米深加工国家工程实验室郑州450001 国家粮食局粮油食品工程技术研究中心郑州450001

在火腿肠中分别以不同油凝胶部分替代动物脂肪,对其质构、保水性、流变特性、色泽、pH、乳化稳定性以及感官品质进行测定,评价油凝胶对火腿肠品质的影响,以得到更适合添加在火腿肠中的油凝胶。结果表明:在50%的脂肪替代量下,火腿肠硬度... 详细信息

在火腿肠中分别以不同油凝胶部分替代动物脂肪,对其质构、保水性、流变特性、色泽、pH、乳化稳定性以及感官品质进行测定,评价油凝胶对火腿肠品质的影响,以得到更适合添加在火腿肠中的油凝胶。结果表明:在50%的脂肪替代量下,火腿肠硬度值显著下降,其中乙基纤维素油凝胶处理组具有最高的硬度值,但与对照组相比,其硬度下降49.60%;单甘酯油凝胶处理组保水性最弱,除单甘酯、单甘酯/β-谷甾醇油凝胶处理组外,其他油凝胶处理组保水性与对照组无显著差异;单甘酯/β-谷甾醇油凝胶处理组降低了样品的黄度值,其他油凝胶处理组提高了火腿肠的亮度值及黄度值,降低了红度值及pH;动态流变过程中,部分油凝胶处理组减小了肉糜加热过程中的储能模量,到最终加热温度时,单甘酯、β-谷甾醇/γ-谷维素、单甘酯+β-谷甾醇/γ-谷维素油凝胶处理组具有与对照组相似的储能模量;蜂蜡油凝胶处理组乳化稳定性最差,总汁液损失率为4.28%,水分损失率为3.51%;感官评价方面,蜂蜡、乙基纤维素、β-谷甾醇/γ-谷维素、单甘酯+β-谷甾醇/γ-谷维素油凝胶处理组具有总体相对较高的感官得分。在实验条件下,β-谷甾醇/γ-谷维素、单甘酯+β-谷甾醇/γ-谷维素油凝胶更适合作为火腿肠中脂肪替代品。

关键词：油凝胶脂肪火腿肠替代品

热处理对Mg-11Gd-3Y-0.6Ca-0.5Zr合金显微组织和腐蚀行为的影响

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材料导报 2020年第20期34卷 20070-20075页

作者：张帅李全安朱宏喜陈晓亚王颂博关海昆河南科技大学材料科学与工程学院洛阳471023 有色金属新材料与先进加工技术省部共建协同创新中心洛阳471023 西安理工大学材料科学与工程学院西安740048

本工作以Mg-11Gd-3Y-0.6Ca-0.5Zr合金为研究对象,对其进行固溶和时效热处理。采用金相显微镜、带能谱的扫描电镜、X射线衍射仪对热处理前后及腐蚀后合金的显微组织和物相进行分析,并采用静态失重法、电化学测试方法研究了热处理前后合... 详细信息

本工作以Mg-11Gd-3Y-0.6Ca-0.5Zr合金为研究对象,对其进行固溶和时效热处理。采用金相显微镜、带能谱的扫描电镜、X射线衍射仪对热处理前后及腐蚀后合金的显微组织和物相进行分析,并采用静态失重法、电化学测试方法研究了热处理前后合金的耐腐蚀性。结果表明:合金铸态组织由α-Mg基体和沿晶分布的粗大共晶相Mg 5Gd、Mg 24 Y 5和Mg 2Ca组成,经固溶时效后,共晶相种类没有改变,但第二相变得细小、弥散,呈颗粒状和短棒状均匀分布在基体上。在3.5%(质量分数)NaCl溶液中,热处理显著提高了合金的耐蚀性,其中,时效态合金的腐蚀速率最小,自腐蚀电位最高,腐蚀电流密度最小,合金的耐蚀性最好,表现为轻微的均匀腐蚀,其次为固溶态、铸态。合金表面的腐蚀产物主要为Mg(OH)2。

关键词： Mg-11Gd-3Y-0.6Ca-0.5Zr 固溶时效显微组织腐蚀

Mg-8Gd-0.5Zr合金热压缩过程中动态再结晶行为

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材料导报 2019年第24期33卷 4117-4121页

作者：朱利敏李全安陈晓亚张清王颂博张帅河南科技大学材料科学与工程学院洛阳471023 有色金属共性技术河南省协同创新中心洛阳471023 西安理工大学材料科学与工程学院西安740048

将Mg-8Gd-0.5Zr合金在350~500℃、应变速率为0.002~1s^-1范围内进行热压缩实验,研究合金的流变应力行为,观察热压缩后的组织,分析动态再结晶晶粒尺寸和温度的关系,并利用加工硬化率的方法计算合金的再结晶临界应变(εc)。结果表明:Mg-8G... 详细信息

将Mg-8Gd-0.5Zr合金在350~500℃、应变速率为0.002~1s^-1范围内进行热压缩实验,研究合金的流变应力行为,观察热压缩后的组织,分析动态再结晶晶粒尺寸和温度的关系,并利用加工硬化率的方法计算合金的再结晶临界应变(εc)。结果表明:Mg-8Gd-0.5Zr合金热压缩流变曲线符合动态再结晶的特征,随着温度升高或者应变速率的减小,峰值应力下降,且峰值应力对应的峰值应变(εp)也降低。在350~450℃范围内,再结晶晶粒细小,且其随温度升高增长较慢;而温度在450~500℃范围内,再结晶晶粒尺寸迅速长大至约25μm。根据加工硬化率的计算及组织分析,发现动态再结晶先于峰值应变发生,峰值应变和临界应变的关系为εc=0.442εp,同时构建了再结晶的临界模型。

关键词： Mg-8Gd-0.5Zr合金热压缩动态再结晶临界应

Zn对Mg⁃11Gd⁃3Y⁃0.5Zr合金热压缩行为的影响

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材料导报 2021年第4期35卷 4124-4128页

作者：王颂博李全安陈晓亚朱利敏张帅关海昆河南科技大学材料科学与工程学院洛阳471023 有色金属共性技术河南省协同创新中心洛阳471023 西安理工大学材料科学与工程学院西安740048

本研究对均匀化后的Mg⁃11Gd⁃3Y⁃xZn⁃0.5Zr(x=0,0.3,0.7,1.5,质量分数/%)合金进行温度为350~500℃、应变速率为0.002~1 s-1的热压缩实验,对合金显微组织进行分析,计算了合金的热变形激活能,构建并分析了合金的热加工图。结果表明:Mg⁃11Gd... 详细信息

本研究对均匀化后的Mg⁃11Gd⁃3Y⁃xZn⁃0.5Zr(x=0,0.3,0.7,1.5,质量分数/%)合金进行温度为350~500℃、应变速率为0.002~1 s-1的热压缩实验,对合金显微组织进行分析,计算了合金的热变形激活能,构建并分析了合金的热加工图。结果表明:Mg⁃11Gd⁃3Y⁃xZn⁃0.5Zr合金热变形发生了动态回复和动态再结晶,峰值应力都随Zn含量的增加而增大;流变应力随温度的升高或应变速率的降低而升高。在应变量小于0.4时,流变应力随Zn含量增加而增加,当应变量达到0.4后流变应力随Zn含量增加先增加后降低,在Zn含量为0.7%时流变应力达到最大值;少量Zn(0.3%)的加入就能明显提高合金的热变形激活能,但进一步增加Zn的含量(0.3%~1.5%)对合金激活能几乎没有影响;通过热加工图确定了合金适合的热加工工艺范围;Zn元素能够减小合金失稳区范围,减缓合金再结晶进程的同时细化了合金组织,当Zn含量为0.7%时合金的可热加工性最好。

关键词： Mg⁃11Gd⁃3Y⁃xZn⁃0.5Zr合金热压缩激活能热加工图

铸态Mg-11Gd-3Y-xZn-0.5Zr合金的组织和性能

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材料热处理学报 2019年第5期40卷 43-48页

作者：王颂博李全安陈晓亚张帅关海昆河南科技大学材料科学与工程学院河南洛阳471023 有色金属共性技术河南省协同创新中心河南洛阳471023 西安理工大学材料科学与工程学院陕西西安740048

采用X射线衍射仪、光学显微镜以及扫描电镜对铸态Mg-11Gd-3Y-xZn-0.5Zr合金显微组织进行观察分析,用拉伸试验机及布氏硬度计对合金力学性能进行测试,结果表明:铸态Mg-11Gd-3Y-0.5Zr合金的组织主要由α-Mg基体、Mg_5(Gd,Y)相和Mg_(24)(Gd... 详细信息

采用X射线衍射仪、光学显微镜以及扫描电镜对铸态Mg-11Gd-3Y-xZn-0.5Zr合金显微组织进行观察分析,用拉伸试验机及布氏硬度计对合金力学性能进行测试,结果表明:铸态Mg-11Gd-3Y-0.5Zr合金的组织主要由α-Mg基体、Mg_5(Gd,Y)相和Mg_(24)(Gd,Y)_5相组成,晶粒较为粗大;在加入Zn元素后,合金由α-Mg基体、Mg_5(Gd,Y,Zn)相以及Mg_(12)Zn(Gd,Y)相组成;随着Zn元素加入量的增加,合金的晶粒先细化再粗化,抗拉强度、伸长率和布氏硬度值先升高后降低,当Zn含量为1.1%时,合金的抗拉强度、伸长率和布氏硬度达到最高值,分别为216.9 MPa、4.74%和84.37 HBW,合金的主要强化相为Mg_(12)Zn(Gd,Y)相,强化机制主要为细晶强化。

关键词： Mg-Gd-Y-Zr合金 Zn 显微组织力学性能