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基于多物理场耦合分析的超导耦合器失超过程研究

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北京大学学报(自然科学版) 2024年

作者：周健荣常正则刘枭黄彤明张沛李少鹏葛锐中国科学院大学中国科学院高能物理研究所

超导耦合器负责为超导加速器的核心加速部件——超导腔馈入功率，兼具能量传输、绝热真空等多重作用。对于直接与超导腔连结的超导耦合器，当其发生失超时，会更加显著地影响超导腔的稳定运行，因此有必要对其开展深入的机理分析。耦合... 详细信息

超导耦合器负责为超导加速器的核心加速部件——超导腔馈入功率，兼具能量传输、绝热真空等多重作用。对于直接与超导腔连结的超导耦合器，当其发生失超时，会更加显著地影响超导腔的稳定运行，因此有必要对其开展深入的机理分析。耦合器失超受到电磁场、流场、热场等多个物理场的共同影响，因此本文基于多物理场耦合分析方法，建立了耦合器的一维失超过程模型，并解决了材料物性和内热源中非线性因素对数值求解精度和稳定性的影响。结果表明，耦合器铌管靠近常温端的漏热是影响失超的关键因素，延长铌管与液氦接触部分的长度或采用更高RRR值的铌材，均可以有效降低铌管温度。为了保证施加电磁场后耦合器整体不发生失超，应控制铌管靠近常温端的漏热不高于5.18 W。当此部分漏热量随时间增大而导致失超时，失超传播速度和失超区域的占比受漏热增长率和漏热量的综合影响。发生失超后，控制漏热量的变化可以使耦合器重新恢复超导，延迟时间约为0.2 s。

关键词：加速器超导耦合器耦合分析失超

降压开采下深海能源土近井界面力学特性耦合分析

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岩土工程学报 2024年

作者：卢永鑫蒋明镜王思远天津大学建筑工程学院苏州科技大学土木工程学院同济大学土木工程防灾国家重点实验室

天然气水合物作为最有潜力的清洁能源之一备受关注。开采过程中水合物分解将使近井水合物沉积物（即深海能源土）力学特性劣化，引起系列开采风险及工程地质灾害。针对目前大多数研究未从微观角度着眼于开采中的能源土-井筒结构接触界... 详细信息

天然气水合物作为最有潜力的清洁能源之一备受关注。开采过程中水合物分解将使近井水合物沉积物（即深海能源土）力学特性劣化，引起系列开采风险及工程地质灾害。针对目前大多数研究未从微观角度着眼于开采中的能源土-井筒结构接触界面特性变化，本文采用实用型水合物开采多场耦合分析框架TOUGH+HYDRATE+PFC，考虑相对更为真实的能源土-井筒接触界面的不同情况，开展了降压开采多场耦合数值模拟，对近井土体以及井筒本身的力学响应进行了对比分析，探讨了井筒表面粗糙度对于开采中土体、井筒间的相互作用的影响规律。结果表明：(1)不同的井筒表面粗糙程度未对温压化及开采效率方面产生明显影响。(2)适当提高井筒表面的粗糙程度可有效地减小接触土体沉降幅度，增强井壁接触区域的土体稳定性，降低开采风险以保证开采能够相对稳定地长期进行。(3)井筒粗糙度的增大会导致井筒受到更大的摩擦力，需控制井筒表面不能过于粗糙以防止井筒本身受力过大影响而失稳破坏。

关键词：深海能源土水合物分解离散单元法开采井界面耦合分析

基于智能算法的土石坝溃坝影响因素耦合分析及风险评估研究

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基于智能算法的土石坝溃坝影响因素耦合分析及风险评估研究

作者：张雨春西安理工大学

学位级别：硕士

土石坝作为一种传统的坝体形式,在我国水利工程领域具有悠久的历史和广泛的应用。然而,由于土石坝本身的材料限制和工程特点存在一定的局限性,如结构稳定性较弱、容易受到侵蚀等问题,这些因素可能导致土石坝发生安全事故,对下游群众造... 详细信息

土石坝作为一种传统的坝体形式,在我国水利工程领域具有悠久的历史和广泛的应用。然而,由于土石坝本身的材料限制和工程特点存在一定的局限性,如结构稳定性较弱、容易受到侵蚀等问题,这些因素可能导致土石坝发生安全事故,对下游群众造成严重的生命财产损失。因此,研究土石坝的风险评估对我国大坝管理工作至关重要。本文针对目前我国土石坝病险评判及风险预测问题,充分利用土石坝安全事故的数据及结果分析,遵循“风险识别-风险分析-风险预测”的思路,开展了土石坝风险分析及预测相关研究,取得了主要研究成果如下:(1)收集大量土石坝数据并建立相应数据库,通过事故资料分析,发现土石坝安全事故常见的破坏形式主要包括洪水漫顶、渗透破坏和结构失稳。针对土石坝溃坝影响因素的复杂性及不确定性,本文通过考虑各影响因素的发生频次,采用改进层次分析法,确定了溃坝影响因素权重并进行筛选。最终,从29个溃坝影响因素中,筛选出16个权重值较高的因素,为后文土石坝溃坝风险分析提供了相关理论依据。(2)利用解释结构模型(ISM)结合贝叶斯网络(BN),构建了土石坝溃坝影响因素耦合分析模型。通过ISM方法对土石坝溃坝的直接影响因素、间接影响因素和深层影响因素进行了探究。进而,利用BN模型,通过正向推理和逆向推理,分别计算了溃坝影响因素的发生概率,揭示了溃坝成因机理以及最可能的溃坝路径。最后,通过敏感性分析,确定了土石坝溃坝影响因素的敏感性大小。结果表明,无人管理是导致土石坝溃坝的深层影响因素,虽然它可能不容易被直接观察或量化,但对土石坝系统溃坝的演变和结果具有重要的影响。此外,还确定了导致土石坝溃坝的三个最主要影响因素是洪水漫顶、溢洪道泄流能力不足和泄洪建筑物受损。(3)针对风险预测效率低的问题,建立了基于智能算法KNN-SMOTE-LightGBM的土石坝溃坝可能性快速预测模型。为了克服土石坝数据库中数据缺失和样本不平衡等问题,引入了 KNN和MissForest两种数据填补算法以及SMOTE过采样算法对数据进行处理。模型评价结果表明,采用KNN填补算法的溃坝预测准确率更高,表现更佳。与传统的随机森林算法和XGBoost算法相比,LightGBM在土石坝溃坝预测方面表现更为出色。进一步对比数据平衡前后的溃坝预测结果,发现KNN-SMOTE-LightGBM模型的预测准确率高达97.22%,对于土石坝溃坝事件的预测,该模型呈现出最佳性能。(4)考虑溃坝后果及生命财产损失,建立了基于GA-LightGBM的土石坝风险等级预测模型,采用K近邻算法填补数据库中的缺失数据,并引入遗传优化算法对LightGBM模型超参数进行优化,从而建立了土石坝风险等级快速预测模型,并与传统机器学习算法进行比较。研究结果显示,该模型的预测准确率达到89.95%,表现最佳,AUC值为0.977,预测精度均高于传统模型。此外,引入了三个工程实例进行预测,其结果与实际计算结果一致,验证了该方法的适用性。通过SHAP算法对该模型进行全局影响因素和案例分析,结果显示增加大坝安全检查频次能够有效预防溃坝事故的发生。

关键词：风险评估耦合分析机器学习溃坝预测风险等级评估

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基于耦合分析的热流系统协同设计

控制理论与应用 2024年第1期41卷 118-126页

作者：温宇钒何婷李东海暨南大学能源电力研究中心国际能源学院广东珠海519070 清华大学能源与动力工程系北京100084

作为综合能源系统的一部分,热流系统通常在稳态假设下设计其物理系统,在此基础上设计控制器.这种方法忽略了系统与控制器设计间的耦合关系,导致系统暂态性能不佳.为此,本文提出一种协同设计方法,以系统总质量、熵产率以及控制效果为设... 详细信息

作为综合能源系统的一部分,热流系统通常在稳态假设下设计其物理系统,在此基础上设计控制器.这种方法忽略了系统与控制器设计间的耦合关系,导致系统暂态性能不佳.为此,本文提出一种协同设计方法,以系统总质量、熵产率以及控制效果为设计度量,基于热流系统数学模型及其熵产率模型,结合嵌套设计方法和同步设计方法完成系统设计.考虑到设计过程中设计参数多、变量范围大的问题,引入时间序列模式距离,构造相关度度量函数来分析物理系统与控制器之间的耦合关系,从而减少非耦合参数.同时,利用数据分析方法进一步缩小了待设计参数范围.为验证方法的有效性,以一个理想热流系统为设计实例,仿真结果表明,通过相关度度量函数及其数据分析,可以将设计参数个数减少66%,选取范围缩小26%.相比于传统顺序设计方法,经过协同设计方法设计的系统控制误差可减少29%,且设计控制器抗扰能力也优于频域方法和SIMC方法.

关键词：热流系统设计优化整体设计耦合分析

复杂社会网络与N-K模型的氢能储运系统风险因素耦合分析

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化工机械 2024年第4期51卷 626-633页

作者：钱家琪张福群刘冰心樊君玲沈阳化工大学环境与安全工程学院辽宁东安安全技术咨询服务有限公司

将复杂社会网络(SNA)与N-K模型的融合风险因素分析体系引入氢能储运系统安全风险评价中。收集整理国内外近20年来氢能储运事故案例;运用N-K模型计算风险耦合值并确定事故耦合形式,利用SNA构建关联网络计算风险度量;结合复杂社会网络可... 详细信息

将复杂社会网络(SNA)与N-K模型的融合风险因素分析体系引入氢能储运系统安全风险评价中。收集整理国内外近20年来氢能储运事故案例;运用N-K模型计算风险耦合值并确定事故耦合形式,利用SNA构建关联网络计算风险度量;结合复杂社会网络可达性分析与N-K模型修正出接近中心度以确定关键风险因素,并提出相关对策措施。结果表明:避免人-设-环-管多因素风险耦合形式是降低事故发生概率的关键方式;设-环-管三因素风险耦合形式最易引起事故的发生;人才队伍、管理执行力度、规章制度、文化水平、专业技能是需要重点防范的关键风险因素。

关键词：安全工程氢能储运系统耦合分析 N-K模型复杂社会网络(SNA)

基于N-K模型和SNA的新能源汽车燃爆风险因素耦合分析

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安全与环境学报 2023年第2期23卷 363-371页

作者：邵志国张靖轩王伟青岛理工大学管理工程学院山东青岛266520 同济大学可持续发展与新型城镇化智库上海200092

新能源汽车燃爆事故涉及人、车、充电设备(桩)和环境等多风险因素。从系统层面确定最大风险耦合形式及关键风险因素对提升我国新能源汽车安全水平具有重要意义。通过收集整理我国2016-2020年发生的191起新能源汽车燃爆事故案例,运用N-K... 详细信息

新能源汽车燃爆事故涉及人、车、充电设备(桩)和环境等多风险因素。从系统层面确定最大风险耦合形式及关键风险因素对提升我国新能源汽车安全水平具有重要意义。通过收集整理我国2016-2020年发生的191起新能源汽车燃爆事故案例,运用N-K模型计算风险耦合值;利用社会网络分析(Social Network Analysis, SNA)将风险因素作用关系可视化,分析风险因素网络中各节点中心度及可达性;结合N-K模型和SNA对风险节点的出度进行修正,确定新能源汽车燃爆事故中的关键风险因素,并据此提出安全防控策略。结果表明:多风险因素耦合导致事故发生的概率较大;控制车-环两因素风险耦合可有效避免燃爆事故发生;高温、低温、浸水、路面异物碰撞和电池管理系统故障是需要重点防范的关键风险因素。

关键词：安全工程燃爆事故新能源汽车 N-K模型社会网络分析(SNA) 耦合分析

基于台风-浪时间历程荷载的风机-吸力筒导管架基础耦合分析研究

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核科学与工程 2022年第2期42卷 246-254页

作者：黎鹏飞王志明慕仝绳结竑易建军严华刚中广核工程设计有限公司广东深圳518172

吸力筒导管架基础是一种经济高效的新型海上风电风机基础形式,由于国内、外尚缺乏专门的规范、标准用于指导吸力筒基础设计,尚无法在国内推广应用。本文通过研究风机-风电机组塔筒-导管架-筒体基础作用机理,建立了一套广东区域的台风-... 详细信息

吸力筒导管架基础是一种经济高效的新型海上风电风机基础形式,由于国内、外尚缺乏专门的规范、标准用于指导吸力筒基础设计,尚无法在国内推广应用。本文通过研究风机-风电机组塔筒-导管架-筒体基础作用机理,建立了一套广东区域的台风-浪时序荷载模型,开发了基于台风-浪时间历程荷载的风电机组-塔筒-风机基础一体化设计方法及耦合分析模型。该关键技术可用于评价长期动荷载作用下基础的承载力及累积变形,可为国内吸力筒基础设计提供参考。

关键词：吸力筒导管架基础台风浪耦合分析

多水平多泵组协同控制的耦合分析及解耦控制策略的研究

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煤炭技术 2022年第8期41卷 107-110页

作者：宋国栋应急管理部信息研究院北京100029

煤矿井下水文地质条件随着矿井开拓深度的增加而变得越来越复杂,由多个水平构成的联合排水系统呈现出强耦合、多变量、非线性、时变等特点,深入解析泵组之间各参数耦合程度对于改善和提高矿井排水的安全稳定性能具有重要意义。以3个水平... 详细信息

煤矿井下水文地质条件随着矿井开拓深度的增加而变得越来越复杂,由多个水平构成的联合排水系统呈现出强耦合、多变量、非线性、时变等特点,深入解析泵组之间各参数耦合程度对于改善和提高矿井排水的安全稳定性能具有重要意义。以3个水平9台水泵为研究对象,研究水泵启停过渡过程中流速与阻力的演变规律,分析非定常流动对水泵效率的影响;研究各水平之间涌水变化规律,分析涌水规律、井下用电规律对个体水泵排水性能的影响,探讨涌水量、管道流量、管道阻力、水泵效率等多变量的耦合特性;研究了基于前馈补偿技术的解耦控制方法,给出了融合解耦和神经网络逆动态控制策略,使被控对象的输出跟随对应输入值的理论变化,分析了多水平多泵组多变量耦合关系数学关系,求解了前馈补偿解耦器矩阵,验证了解耦后的阶跃响应波形,提出了适用于排水控制系统的解耦控制方法。工业现场实践证明,该方法能够修正启停过渡过程中流速、阻力以及各水平水位变化趋势,辅助提升矿井排水的安全和稳定性能。

关键词：煤矿排水协同控制多水平多泵组耦合分析解耦控制

基于VRM模型的测试用例生成和耦合分析方法研究

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基于VRM模型的测试用例生成和耦合分析方法研究

作者：仇智鹏南京航空航天大学

学位级别：硕士

航空机载软件是一类典型的安全关键软件,高安全性是此类软件的共同特征。为了保证软件系统的安全性,在机载软件开发流程中,对机载软件的验证占据了很大的比重,其中对需求的实现是否正确的验证,又是重中之重。但目前机载软件程序的规模... 详细信息

航空机载软件是一类典型的安全关键软件,高安全性是此类软件的共同特征。为了保证软件系统的安全性,在机载软件开发流程中,对机载软件的验证占据了很大的比重,其中对需求的实现是否正确的验证,又是重中之重。但目前机载软件程序的规模和复杂度随着开发手段的丰富也增长迅速,现有的对软件测试的手段难以回答当前软件是否符合需求设计的问题。但对机载软件的需求测试不能因此降低标准,因此DO-178C对需求测试提出了更为严格的要求,主要包括:(1)对软件需求的实现是否与预期一致;(2)软件各部件之间的交互是否满足软件设计的体系结构要求,即对软件部件进行耦合分析;(3)对于需求的测试应从基于模型的测试出发来做。针对上述问题,本文基于形式化的VRM需求模型(Variable-Relation Model),研究测试用例提取和耦合分析方法,为机载软件的适航提供支撑,具体研究内容如下:(1)提出了一套从VRM模型中找到具有代表性的测试用例集以验证程序实现是否充分涵盖了需求的方法。首先通过VRM需求模型对软件系统需求进行建模,得到一个支持自动化分析的需求模型;在需求模型的基础上分析模型的输入输出结构,提取出从输入变量到输出变量的约束路径,用以支持对测试点的错误类型分析;根据约束路径与赋值语句的映射关系定义了计算错误与路径错误测试用例点的概念,并给出了测试用例的提取方法;根据DO-178C中对代码测试的覆盖率标准确定基于需求模型的覆盖率准则,给出了覆盖率分析方法。(2)提出了基于VRM的耦合性分析方法,用以验证软件部件的交互是否满足需求的体系结构设计。在VRM模型基础上给出符合DO-178C要求的耦合分析条件对应的模型元素划分;在模型元素的基础上定义了控制耦合以及数据耦合的概念;通过奇异值分解、特征提取等手段计算出控制耦合度与数据耦合度;在控制耦合和数据耦合的基础上,定义了一系列用以描述耦合关系的定义集,并构造出耦合分析方法。(3)基于本文提出的测试用例生成与耦合性分析方法,研制了一套自主可控的原型工具,主要功能包括对VRM需求模型的管理、支持测试用例的自动生成以及对需求模型的耦合度计算。(4)基于本文的测试用例生成和耦合度分析方法以及原型工具,针对飞行制导系统给出了详细的案例研究,实例研究结果表明,本文提出的方法和研制的原型工具具有很好的工程实践意义。

关键词：机载软件需求模型测试用例生成耦合分析