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基于参数优化变分模态分解的滚动轴承故障诊断研究

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基于参数优化变分模态分解的滚动轴承故障诊断研究

作者：张昊宇华东交通大学

学位级别：硕士

随着国内经济、科学、技术的不断发展,人们对生产力的需求变得愈来愈大,因此由传统手工创造生产力的方式发生了重大变革,工业领域派生出了大量的机械设备用于社会发展。滚动轴承作为机械设备中的核心部件之一,它的故障与否对于整台设备... 详细信息

随着国内经济、科学、技术的不断发展,人们对生产力的需求变得愈来愈大,因此由传统手工创造生产力的方式发生了重大变革,工业领域派生出了大量的机械设备用于社会发展。滚动轴承作为机械设备中的核心部件之一,它的故障与否对于整台设备运行的安全性有着重要作用,判断其是否发生故障,判别其发生故障的类型现如今已成为一个突出的研究课题。本文以滚动轴承作为研究对象进行相应的故障诊断研究,重点内容如下:（1）对于自适应分析方法中的变分模态分解算法,首先通过传统定一求二的方法设置其参数并以此分析不同参数组合对信号分解产生的影响。考虑到传统方法存在局限性和主观因素的问题,又采用了量子粒子群算法优化其参数组合作为本文所提故障诊断方法的研究基石。（2）考虑到滚动轴承振动信号中的故障特征信息由于噪声和共振等因素的干扰变得难以提取,提出了基于参数优化变分模态分解和快速谱峭度的滚动轴承故障诊断方法。主要通过频域分析方法对处理后的信号进行解调形成包络谱,将包络谱中的信息与故障特征频率对比分析得出故障诊断结论。（3）由于滚动轴承的智能诊断方法中特征向量构建影响最终诊断结果,所以提出了一种参数优化变分模态分解和基于峭度准则排列熵结合的滚动轴承故障诊断方法。重点在于提出基于峭度准则选取模态分量与单尺度排列熵结合构建特征向量的方法,最后应用实例信号验证了所提方法的性能。（4）由于采用单尺度信息熵构建特征向量时无法最大程度上提取振动信号的信息,所以提出一种基于参数优化变分模态分解和最优多尺度排列熵的滚动轴承故障诊断方法。重点在于提出滚动轴承“旋转机理”和最优多尺度排列熵的概念,最后通过实例信号的验证得知该方法有着100%的故障诊断精度。通过对变分模态分解算法的参数设置以及滚动轴承故障诊断方法的研究可为今后工程的实际应用提供相应的理论参考,有着“前人栽树,后人乘凉”的意义。

关键词：滚动轴承故障诊断变分模态分解量子粒子群算法快速谱峭度峭度准则排列熵最优多尺度排列熵

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西北干寒地区桥梁病害智能诊断技术研究

西北干寒地区桥梁病害智能诊断技术研究

作者：张昊宇兰州交通大学

学位级别：硕士

由于我国西北干寒地区长期处于干燥寒冷状态,太阳辐射强、温差大,导致该地区桥梁相比其他地区更易出现病害。目前,桥梁表观病害的检测主要通过检测人员现场检测、处理数据,耗时耗力,尤其对于处在特殊环境的桥梁进行检测,对检测人员的知... 详细信息

由于我国西北干寒地区长期处于干燥寒冷状态,太阳辐射强、温差大,导致该地区桥梁相比其他地区更易出现病害。目前,桥梁表观病害的检测主要通过检测人员现场检测、处理数据,耗时耗力,尤其对于处在特殊环境的桥梁进行检测,对检测人员的知识储备和经验要求更高,同时存在安全隐患。近年来,通过无人机等终端设备获取桥梁病害表观图像,并对图像进行分析已成为桥梁检测研究的重点方向。通过对西北干寒地区桥梁病害进行调查研究,针对该地区病害类别,建立了西北干寒地区桥梁病害智能诊断模型,其主要的研究方法及结论如下:(1)通过实地调查西北干寒地区公路干线桥梁,结合相关文献,对西北地区桥梁易发生的病害进行机理分析,主要包括混凝土裂缝、碱骨料反应、混凝土泛碱、钢筋腐蚀、混凝土碳化以及冻融破坏,导致桥梁出现裂缝、剥落、泛碱、露筋、腐蚀5类表观病害。收集西北干寒地区桥梁表观病害图像,制作分类模型和分割模型数据集。(2)针对传统卷积神经网络参数量大、训练复杂的问题,采用轻量化卷积神经网络Mobile Net V2模型,构建桥梁病害图像分类模型。为解决样本数据缺乏问题、增强模型对桥梁病害识别任务的适应性、充分提取病害特征,基于轻量化卷积神经网络Moblie Net V2模型增加了迁移学习的方法,设计了递进式分类器和跨局部链接的网络骨干,以提升网络模型对桥梁病害的识别能力。通过改进的Mobile Net V2模型与3种传统卷积神经网络模型进行对比分析,改进的Mobile Net V2模型和Res Net50模型均有较高的准确率,但改进的Mobile Net V2模型相比Res Net50模型,参数量和计算量分别降低了92.39%、97.44%,训练时间降低了60.56%。将3种经典卷积神经网络分类模型与改进的Mobile Net V2模型应用于3座西北干寒地区桥梁,对其表观病害进行分类,改进的MobileNetV2模型获得了90.41%的准确率,与Res Net50模型相比识别耗时降低了83.78%。实验表明:改进的Mobile Net V2模型在拥有较低参数量和模型计算量的同时可以得到较高的准确率、更快的训练速度及更低的分类耗时。(3)为了对桥梁表观病害做出量化的判断,采用卷积神经网络Deep Lab V3+模型,对桥梁表观病害的图像进行分割,获取其尺寸信息。根据西北干寒地区桥梁表观病害图像的特点优化模型结构,将原始Deep Lab V3+模型的骨干网络替换为Res Net50结构,采用ELU激活函数以及Focal Loss损失函数,并对改进模型采用微调的方式进行迁移学习优化。通过标靶法,实现了病害像素尺寸对实际尺寸的转换。通过与2种传统的分割模型UNet、Seg Net进行对比,平均像素精度分别提高了1.82%、3.64%;平均交并比分别提高了3.4%、4.28%。将改进的Deep Lab V3+模型用于实例分析,模型检测得出的病害尺寸与人工实际测得尺寸的相对误差大部分集中在4%～6%之间。实验表明:改进的Deep Lab V3+模型可以准确的对西北干寒地区桥梁表观病害进行分割,并应用于实际桥梁检测。

关键词：干寒地区桥梁表观病害计算机视觉图像分类语义分割

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地下挖掘致害责任探析

地下挖掘致害责任探析

作者：张昊宇西南政法大学

学位级别：硕士

近年来,人们通过地下挖掘行为解决空间拥挤、资源短缺等问题的同时,也引发了大量的侵权事件。为加强从事地下挖掘行为的经营者的责任,《侵权责任法》规定了地下挖掘致害责任这一新型高度危险责任。本文结合相关文献资料对地下挖掘致害... 详细信息

近年来,人们通过地下挖掘行为解决空间拥挤、资源短缺等问题的同时,也引发了大量的侵权事件。为加强从事地下挖掘行为的经营者的责任,《侵权责任法》规定了地下挖掘致害责任这一新型高度危险责任。本文结合相关文献资料对地下挖掘致害责任进行研究与探讨,并提出自己的看法,希望能对地下挖掘致害责任制度的完善有所助益。本文主要分为以下五部分:第一部分是地下挖掘行为的定义及责任主体。由于我国法律法规并未对地下挖掘行为进行界定,因此本文在分析工程学上相关概念及方法的基础上,认为《侵权责任法》第73条中所谓的地下挖掘行为是指地下工程的一种施工活动,即在非露天的环境下掘进矿井、构筑坑道、挖掘隧道、构筑地铁等具有高度危险的施工活动。此外,本章还将地下挖掘的责任主体限定为施工单位。第二部分是地下挖掘行为构成高度危险作业之法理基础。本章通过比较法考察,总结出高度危险作业的界定标准,即:作业本身具有高度的危险性、作业对周围环境具有高度危险性、损害的难以控制性,从而论证地下挖掘行为属于高度危险作业。第三部分是地下挖掘致害责任的构成。本章结合学界的不同观点以及地下挖掘侵权本身的特殊性,论述了地下挖掘致害责任的构成要件即:经营者实施了地下挖掘行为、造成他人损害、侵权行为与损害后果之间存在因果关系。第四部分是地下挖掘致害责任的承担。本章重点论述了地下挖掘致害责任的承担问题,明确了仅对经营者及工作人员以外的他人承担侵权责任,同时还对地下挖掘致害责任中包括不可抗力、受害人故意、过失相抵等抗辩事由的具体适用提出了个人的看法。第五部分是对地下挖掘致害责任中受害人救济制度的完善。文章的最后分析了行政主导救济模式处理地下挖掘事故的利弊,建议引入惩罚性赔偿制度及强制责任保险制度,确立司法主导的多元化救济体系。

关键词：高度危险作业地下挖掘地下挖掘致害责任救济制度

金融开放过程中中国短期资本流动的驱动因素及时变特征研究 ——基于时变参数向量自回归模型

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金融开放过程中中国短期资本流动的驱动因素及时变特征研究 ...

作者：张昊宇暨南大学

学位级别：硕士

关于短期资本流动驱动因素的研究一直是学术界的热点话题。2020年初在世界范围内爆发的新冠疫情引发了全球金融市场的剧烈波动,在中国金融开放程度不断加深的背景下,该外部不确定性冲击将通过短期资本流动渠道对境内金融市场的稳定产生... 详细信息

关于短期资本流动驱动因素的研究一直是学术界的热点话题。2020年初在世界范围内爆发的新冠疫情引发了全球金融市场的剧烈波动,在中国金融开放程度不断加深的背景下,该外部不确定性冲击将通过短期资本流动渠道对境内金融市场的稳定产生冲击。厘清中国短期资本流动的驱动因素作用机制及其时变特征是扩大金融开放、维持金融稳定的基础。本文构造了中国短期资本流动时变影响机制的理论模型,并基于2000年1月至2019年9月月度数据构建时变参数向量自回归模型进行了实证检验。研究发现,国际金融市场波动率、中美利差、汇率预期、通货膨胀率和资产价格对短期资本流动的冲击机制在样本期间内发生了显著的结构性变化,其中2007年国际金融危机全面爆发前期和2013年中国经济增速初步放缓、美国宣布进入加息周期是两个重要结构时点。尽管资本账户管制能够帮助中国防范和抵御外部金融风险冲击,但各变量时变脉冲曲线在危机后一段时间呈现出较为剧烈的波动,与资本账户开放进程加快密切相关。基于上述发现,一方面,监管部门应当持续关注各驱动因素走势以完善中国短期资本流动宏观审慎监管框架,维持金融稳定;另一方面,资本账户开放应当遵循经济发展的一般规律,在人民币利率与汇率形成机制充分市场化前提下进行,不宜操之过急。

关键词：短期资本流动驱动因素时变特征时变参数向量自回归模型

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吡虫啉生物条形码荧光免疫检测方法研究

吡虫啉生物条形码荧光免疫检测方法研究

作者：张昊宇天津科技大学

学位级别：硕士

本文选择新烟碱类农药吡虫啉(imidacloprid,IMI)作为研究对象,制备了能特异性结合吡虫啉的多克隆抗体,并以制备的吡虫啉多克隆抗体分别建立了ELISA和生物条形码荧光免疫检测方法,实现了对农产品中吡虫啉的定量检测。以吡虫啉原药和β-... 详细信息

本文选择新烟碱类农药吡虫啉(imidacloprid,IMI)作为研究对象,制备了能特异性结合吡虫啉的多克隆抗体,并以制备的吡虫啉多克隆抗体分别建立了ELISA和生物条形码荧光免疫检测方法,实现了对农产品中吡虫啉的定量检测。以吡虫啉原药和β-巯基丙酸为原材料,合成了一种吡虫啉半抗原,采用活化酯法将合成的半抗原偶联卵清蛋白(ovalbumin,OVA)制备得到包被原、偶联牛血清白蛋白(bovine serum albumin,BSA)制备得到免疫原,用制备的免疫原对兔子进行低剂量长程免疫,选取其中表现最佳的多克隆抗体进行后续实验。以制备的抗体建立了ELISA方法,在经过优化步骤后,确定方法最佳的工作参数为:包被原的包被量为0.01μg/孔、抗体稀释度为1﹕8000,所用稀释液均为p H为7.4的PBS缓冲溶液。方法的灵敏度(IC)为2.88μg/L,检测限(IC)为0.23μg/L。以制备的吡虫啉多克隆抗体建立了一种生物条形码荧光免疫检测方法。采用柠檬酸三钠还原法,合成了粒径均一、分散性良好的胶体金溶液。利用静电吸附作用偶联多克隆抗体和Au NPs,硫醇化的寡核苷酸链(SH-ss DNA-6-FAM)通过冷冻法与Au NPs偶联,制备荧光免疫探针。对免疫探针的制备条件(p H值、PEG含量、冷冻时长、DTT浓度、解链时长)和免疫探针的工作参数(ss DNA与Au NPs的摩尔比、Ab添加量、包被量和探针稀释比)进行了优化。在最佳工作条件下,该方法的灵敏度的(IC)为1.44μg/L,检测限(IC)为0.016μg/L,线性范围(IC-IC)为0.071-15.13μg/L。本文所建立的生物条形码荧光免疫检测方法比用相同抗体建立的ELISA检测限降低了14倍,而且建立的生物条形码免疫检测方法有效降低了结构类似物的交叉反应,与仪器分析结果具有良好的一致性。为吡虫啉的检测方法提供了新的策略。

关键词：吡虫啉多克隆抗体酶联免疫吸附分析(ELISA) 生物条形码荧光免疫检测

超支化偶氮大分子重氮盐静电层-层自组装膜的制备及光响应性研究

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高分子学报 2008年第4期18卷 383-387页

作者：张昊宇和亚宁李煜璟王晓工清华大学化工系高分子研究所教育部先进材料重点实验室北京100084

利用超支化偶氮大分子重氮盐作为聚阳离子,与聚阴离子PSSA进行静电层-层自组装,通过紫外光谱、椭偏仪和原子力显微镜等对体系自组装过程及自组装膜的表面形貌进行了表征.在线偏振488nmAr+激光的作用下,自组装多层膜可产生明显的光致二... 详细信息

利用超支化偶氮大分子重氮盐作为聚阳离子,与聚阴离子PSSA进行静电层-层自组装,通过紫外光谱、椭偏仪和原子力显微镜等对体系自组装过程及自组装膜的表面形貌进行了表征.在线偏振488nmAr+激光的作用下,自组装多层膜可产生明显的光致二向色性,其取向有序度约为0.02.在干涉的Ar+激光作用下,多层膜表面可形成规则的表面起伏光栅结构.

关键词：静电层-层自组装超支化光响应偶氮聚合物

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基于光子晶体光纤的百瓦超连续谱的产生

中国激光 2017年第2期44卷 189-193页

作者：赵磊李超黎玥王琳张昊宇中国工程物理研究院激光聚变研究中心四川绵阳621900

为得到脉冲宽度为12ps、中心波长为1064nm的高功率超连续谱,提出了一种全光纤结构的超连续谱光源。将该光源作为抽运源,其输出功率在芯径为10mm的掺镱光纤中被放大至189 W。利用窄带滤波器、级间隔离器对脉冲信号进行放大,将放大后的脉... 详细信息

为得到脉冲宽度为12ps、中心波长为1064nm的高功率超连续谱,提出了一种全光纤结构的超连续谱光源。将该光源作为抽运源,其输出功率在芯径为10mm的掺镱光纤中被放大至189 W。利用窄带滤波器、级间隔离器对脉冲信号进行放大,将放大后的脉冲信号注入长度为0.5 m的光子晶体光纤,产生了光谱范围为460~1700nm、输出功率为102.8 W的超连续谱。由于存在量子亏损和光谱传输损耗,当抽运功率从1.5 W提高至189 W时,超连续谱光-光斜率效率从90%降低至20%。

关键词：激光光学光纤光学超连续谱光子晶体光纤斜率效率

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基于倾斜摄影建模的硫磺沟铁路桥震害分析

自然灾害学报 2022年第2期31卷 39-47页

作者：张昊宇黄勇汪云龙中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150080 地震灾害防治应急管理部重点实验室黑龙江哈尔滨150080

2022年1月8日青海门源6.9级地震中,硫磺沟铁路桥毗邻震中,出现严重震损,造成兰新高铁停运。这是较为典型的近断层高铁桥震害。为全面记录和保存震害信息,采用无人机倾斜摄影测量构建了铁路桥的精细震害三维模型。基于该模型对铁路桥的... 详细信息

2022年1月8日青海门源6.9级地震中,硫磺沟铁路桥毗邻震中,出现严重震损,造成兰新高铁停运。这是较为典型的近断层高铁桥震害。为全面记录和保存震害信息,采用无人机倾斜摄影测量构建了铁路桥的精细震害三维模型。基于该模型对铁路桥的跨度、主梁纵向、横向位移和横向倾斜转角进行了测量估计。结果表明模型尺寸基本符合实际;桥墩未出现明显位移或倾斜;主梁纵向位移呈现南侧主梁北移,北侧主梁南移,可能源于垂直于地震破裂带方向上的脉冲作用及桥台约束;主梁横向侧移呈现南侧多数主梁向西移动,北侧少数主梁向东移动,可能源于平行于地震破裂带方向的往复运动和地震行波效应;主梁横向倾角分布显示,所有主梁均向东倾斜,南侧主梁倾斜幅度较大,北侧主梁倾斜幅度较小,源于横向侧移致使主梁底端一侧滑落至垫块以外,以及轨道对主梁相对变形起到的约束作用。三维模型和位移数据可为高速铁路桥震害分析、仿真模拟提供技术支撑。

关键词：门源6.9级地震硫磺沟铁路桥倾斜摄影三维模型震害位移

基于混合PSO-RBF神经网络的铁路隧道岩爆分级预测

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铁道科学与工程学报 2021年第2期18卷 450-458页

作者：高磊刘振奎张昊宇兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

岩爆是铁路隧道建设中主要灾害之一。为了准确预测铁路隧道岩爆烈度等级,以岩石应力系数σ_(θ)/σ_(c)、岩石脆性系数σ_(c)/σ_(t)以及弹性能量指数W_(et)作为岩爆烈度评价指标,提出一种基于混合粒子群优化算法优化的径向基(RBF)神经... 详细信息

岩爆是铁路隧道建设中主要灾害之一。为了准确预测铁路隧道岩爆烈度等级,以岩石应力系数σ_(θ)/σ_(c)、岩石脆性系数σ_(c)/σ_(t)以及弹性能量指数W_(et)作为岩爆烈度评价指标,提出一种基于混合粒子群优化算法优化的径向基(RBF)神经网络岩爆预测模型。首先在国内外研究成果基础上,选取80组已有岩爆实例作为模型基础数据;然后运用结合了模拟退火算法的粒子群算法(混合PSO)改进径向基神经网络,通过训练数据选取最优的权值W和基函数标准差σ,得到混合PSO-RBF神经网络岩爆烈度预测模型;最后将模型应用于实际铁路隧道工程进行验证。研究结果表明:该模型兼顾个体最优和全局最优,能够正确、有效的对铁路隧道岩爆等级做出预测,为铁路隧道岩爆预测提供了一种新方法。

关键词：铁路隧道模拟退火算法粒子群算法 RBF神经网络交叉验证岩爆烈度分级预测