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基于深度学习的滚动轴承故障诊断算法

基于深度学习的滚动轴承故障诊断算法

作者：刘贤德北京邮电大学

学位级别：硕士

近年来,随着工业现代化的发展,机械设备正在朝大型化、自动化、智能化的方向发展,机械设备的数据采集系统变得更加庞大和复杂,这给故障诊断领域带来了新的机遇,同时也带来了重大挑战。为了保证机械设备正常运行的可靠性、有效性和可持续... 详细信息

近年来,随着工业现代化的发展,机械设备正在朝大型化、自动化、智能化的方向发展,机械设备的数据采集系统变得更加庞大和复杂,这给故障诊断领域带来了新的机遇,同时也带来了重大挑战。为了保证机械设备正常运行的可靠性、有效性和可持续性,亟需实时、准确、高效的健康监测系统。基于特征提取和模型分类的传统故障诊断模型已经难以满足现代设备故障的复杂性、多变性与不确定性。而基于数据驱动的深度学习模型已在诸多领域取得了惊人的成绩,它在处理复杂数据的能力上有着其他数据模型无法比拟的优势。在此基础上,本文以滚动轴承作为研究对象,结合深度学习理论,探索深度学习在轴承故障诊断领域中的应用潜力,并以在工业应用中可能出现的实际问题作为切入点,设计实现了几种基于深度神经网络的轴承故障诊断算法。主要工作如下:首先,设计针对轴承数据的深度神经网络来验证深度学习算法在轴承故障诊断领域的可行性。对全连接神经网络、循环神经网络、卷积神经网络这三大类深度学习主流算法分别建模,以凯斯西储大学轴承数据作为实验数据,分别设计了三种基于不同网络结构的诊断模型,通过将原始振动信号直接作为深度神经网络的输入,对模型进行训练和测试。实验表明,这三类深度神经网络结构均可实现对原始轴承数据端到端的故障诊断。其次,针对工业场景中无法获得所有负载下的轴承数据,设计实现了一种基于多尺度卷积核和Dropout的卷积神经网络模型。该模型通过在第一层搭建多尺度卷积核,增强了模型提取特征的能力。同时,通过Dropout技术,提高了模型的泛化能力。设计异负载实验,验证了该模型可以克服变负载情况下诊断识别率会降低的问题。最后,针对目前大多数由数据驱动、专注于提高人工数据集的故障诊断算法在实际工业应用中会迅速退化的问题,设计实现了一种基于残差学习的轴承故障诊断模型。该模型通过使用残差结构对网络进行深化,采取添加批次标准化层和提早停止策略帮助网络训练。以帕德博恩大学轴承数据作为实验数据,设计实验验证了该模型可以有效提取人工数据和自然数据间的共同特征,该模型通过人工数据进行训练后,可以很好的适应于真实环境的实时监测。

关键词：轴承故障诊断深度学习卷积神经网络多尺度卷积残差学习

基于钛合金（TC4）材料的激光修复技术研究

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基于钛合金（TC4）材料的激光修复技术研究

作者：刘贤德辽宁工业大学

学位级别：硕士

激光修复技术包括激光熔覆修复技术和激光自熔修复技术,主要用于修复破损的金属零件和模具。本文采用Ni60A粉末在TC4合金表面进行激光熔覆实验和激光自熔实验,通过表面特性和显微组织的分析,对激光修复技术工艺参数做大量探究。运用得... 详细信息

激光修复技术包括激光熔覆修复技术和激光自熔修复技术,主要用于修复破损的金属零件和模具。本文采用Ni60A粉末在TC4合金表面进行激光熔覆实验和激光自熔实验,通过表面特性和显微组织的分析,对激光修复技术工艺参数做大量探究。运用得出的最优工艺参数修复断裂的可摘除义齿钛合金支架,并对两种修复效果做大量性能对比分析。本文采用输出功率3000W的光纤激光器和侧向送粉系统,分别进行TC4合金的激光熔覆和激光自熔实验,具体内容如下:（1）TC4合金的单道激光熔覆实验中,采用单因素变量法探究工艺参数:激光功率、送粉电压、扫描速度对熔覆层几何尺寸的影响规律,探索工艺参数的活动范围,进行正交试验。通过熔覆层硬度测试和金相组织观察,确定最优的参数组合:激光功率500W、送粉电压12V、扫描速度2mm/s,为单层熔覆实验打好基础。（2）参考单道熔覆实验的参数范围,针对多道搭接率进行单因素实验,找出最优的多道搭接率为45%。然后采用设计的四种不同扫描路径进行单层熔覆实验,通过熔覆层的宏观分析和微观组织分析,探究扫描路径对熔覆层质量的影响规律,为多层堆积实验打下基础。（3）针对多层堆积实验中的Z轴提升量（?H）和工艺参数进行单因素实验探索,得出最佳?H为0.5mm,并确定每层最佳的参数组合。然后采用设计的三种不同堆积方式进行熔覆实验,观察堆积层的外观形貌,测试其显微硬度,进行金相组织分析,相互对比确定最佳的堆积方式。根据前期探索的参数和实验方案,采用离线编程和手工编程相结合的方法,熔覆成形一个梯形凸台,与理想模型尺寸相差不大。（4）进行TC4合金的激光自熔实验,主要探究激光功率、扫描速度和扫描次数三个工艺参数对自熔修复区修复效果的影响。采用单因素变量实验和正交试验相结合的方法,通过观察修复区表面形貌,进行洛氏硬度测试和金相组织分析,最终得出最佳的工艺参数组合:激光功率300W、扫描速度2mm/s、扫描次数2次。（5）分别采用激光熔覆和激光自熔技术对断裂的可摘除义齿钛合金支架进行激光修复,通过对修复件的表面质量、表面硬度、金相组织和显微硬度分布等方面进行对比,综合分析两种修复技术的修复效果。最后根据两种激光修复技术的实际特点,对其实用性做出分析。通过上述研究,形成了一套TC4合金材料的激光修复技术理论和工艺,为TC4材料修复的工艺试验和工业化应用提供了理论和数据支持。

关键词： TC4激光修复工艺参数扫描路径优化熔覆成形义齿支架

莫高窟壁画与空气细菌多样性及其对颜料色变的模拟试验分析

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莫高窟壁画与空气细菌多样性及其对颜料色变的模拟试验分析

作者：刘贤德兰州大学

学位级别：硕士

为探究莫高窟洞窟壁画所处环境中壁画表面细菌和空气中细菌组成的异同及评估环境细菌菌株对壁画颜料土红和铅丹的色变能力,采集自莫高窟洞窟壁画和空气的样品经传统分离培养、形态特征描述与初步分类,得到的可培养细菌再进行16S rRNA基... 详细信息

为探究莫高窟洞窟壁画所处环境中壁画表面细菌和空气中细菌组成的异同及评估环境细菌菌株对壁画颜料土红和铅丹的色变能力,采集自莫高窟洞窟壁画和空气的样品经传统分离培养、形态特征描述与初步分类,得到的可培养细菌再进行16S rRNA基因的PCR扩增、双酶切分型、克隆测序与NCBI数据库比对鉴定。得到的细菌菌株分别接入含0.25%、0.5%、1.0%和2.0%的铅丹颜料LB液体培养基,和0.05%、0.2%、0.8%和3.2%含土红颜料LB液体培养基中于37℃、150rpm摇培20天,用色差仪测量、记录颜料培养基在不同培养时间下的色度值,并计算出颜料培养基色度值的改变量。结果表明,得到的空气细菌33株分属于3个门,放线菌门、厚壁菌门和变形菌门;包括醋杆菌科、芽孢杆菌科、微杆菌科、微球菌科、草酸杆菌科、类芽孢杆菌科等15个科,其中芽孢杆菌科和微球菌科为优势科;20个属,包括不动杆菌属、微球菌属、节细菌属、芽孢杆菌属、短杆菌属、短波单胞菌属、微小杆菌属等,其中芽孢杆菌属和微球菌属为优势属,1株未鉴定。分离所获壁画细菌44株,分属于3个门：放线菌门、厚壁菌门和变形菌门;包括芽孢杆菌科、伯克氏菌科、类诺卡氏菌科、微杆菌科、微球菌科等12个科;不动杆菌属、气微菌属、假单胞菌属、含铜菌属、鞘氨醇单胞菌属、节细菌属、芽孢杆菌属等21个属,其中芽孢杆菌属、假单胞菌属、节细菌属和不动杆菌属是优势属。空气和壁画细菌组成具有相同的门,属的数量接近,优势属均为芽孢杆菌属和节细菌属。根据颜料培养基色度的改变程度筛选出15株铅丹色变菌株,分别与数据库中枯草芽孢杆菌、藤黄微球菌、考克氏菌、弯曲芽孢杆菌,动性杆菌、纳西杆菌、假单胞杆菌和丛毛单胞菌等具有较高相似性,其中空气细菌6株,壁画细菌9株;筛选获得土红色变菌共12株,与鲁氏不动杆菌、节细菌、贪铜菌、申氏不动杆菌、施氏假单胞菌、岩下芽孢杆菌、沙福芽孢杆菌等具有较高相似性,其中空气中7株,壁画5株。色变细菌引起铅丹颜料的色变较土红颜料更加明显,细菌介导的土红和铅丹颜料在低浓度下较高浓度明显。模拟试验中色差值的分解分析表明,多数情况下,颜料色度在监测期内向红色变淡、黄色偏浅的方向发展。本论文成果对阐释文化遗产保存环境中细菌介导的壁画矿物颜料色变过程具有重要的指示意义。

关键词：敦煌细菌铅丹土红色变模拟试验

阴极修饰层溶剂对反型聚合物太阳能电池性能的影响

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阴极修饰层溶剂对反型聚合物太阳能电池性能的影响

作者：刘贤德北京交通大学

学位级别：硕士

由于聚合物太阳能电池有制备工艺简单、制造成本低廉、柔性好、重量轻等优点,倍受国内外研究小组的关注。目前这类器件的光电转换效率比较低、制备工艺还不成熟、寿命短使其还不能商业化。影响器件性能的有诸多因素,其中溶剂的作用是不... 详细信息

由于聚合物太阳能电池有制备工艺简单、制造成本低廉、柔性好、重量轻等优点,倍受国内外研究小组的关注。目前这类器件的光电转换效率比较低、制备工艺还不成熟、寿命短使其还不能商业化。影响器件性能的有诸多因素,其中溶剂的作用是不可忽视的。在本论文中,我们分别制备了以乙氧基-聚乙烯亚胺(PEIE)、聚乙烯亚胺(PEI)、Cs2CO3作为反型太阳能电池阴极修饰层的器件,器件结构为ITO/PEIE(PEI、Cs2CO3)/P3HT:PCBM/Ag,并分别对器件的这三种不同的阴极修饰层的溶剂效应做出了研究。主要研究内容如下： (?)研究了乙氧基化聚乙烯亚胺(PEIE)作为反型太阳能电池阴极修饰层,其溶剂的选择对器件性能的影响。我们选择蒸馏水(DW)、异丙醇(IPA)、乙二醇甲醚(MEA)和乙氧基乙醇(EEA)作为PEIE的稀释溶剂来制备器件,并通过瞬态光电流的测量和低频电容-电压(C-V)曲线的测量分析了器件在ITO和PEIE修饰层之间的电荷积累程度和电极电荷收集效率,同时对不同溶液制成的PEIE层做了表面形貌分析。结果表明,MEA器件的光电转换效率(PCE)达到3.61%,相对于DW器件(2.66%)提高24%,对于PEIE层选择不同的溶剂将导致表面形貌的差异,并影响器件界面的电荷积累程度,进而影响器件性能。 (?)同样选用这四种溶剂的情况下,我们研究了聚乙烯亚胺(PEI)作为反型器件修饰层的,其溶剂的不同对器件性能的影响。通过对器件的I-V曲线随各PEI溶液浓度变化而变化的规律的分析,发现PEI与PEIE具有极为相似的规律。 (?)我们选择这四种溶剂来制备Cs2CO3修饰层,研究其修饰层溶剂的不同对反型器件性能的影响。Cs2CO3不同于有机聚合物,它在ITO表面不能成为一个连续薄膜,溶剂对它的作用机理也有所不同。Cs2CO3在溶剂的溶解度影响其在ITO表面的分布,高溶解度可以使得Cs2CO3可以使分布均匀,降低阴极界面缺陷密度,得到相对比较好的器件。实验显示DW器件的光电转换效率为2.96%,而IPA器件只有2.56%相对于DW器件低了14%。

关键词：聚合物太阳电池溶剂效应 P3HT:PCBM 修饰层

情牵光合,尊师爱生——读《沈允钢学术文选》有感

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生命科学 2011年第4期23卷 420-421页

作者：刘贤德美国贝勒医学院

沈允钢,1927年出生于浙江杭州,植物生理学和生物化学家,1980年当选为中国科学院学部委员（现称中国科学院院士）。沈允钢先生主要从事光合作用研究,内容涉及到生理和机理、基础和应用。作为沈允钢先生科研历程的总结,科学出版社出版了... 详细信息

沈允钢,1927年出生于浙江杭州,植物生理学和生物化学家,1980年当选为中国科学院学部委员（现称中国科学院院士）。沈允钢先生主要从事光合作用研究,内容涉及到生理和机理、基础和应用。作为沈允钢先生科研历程的总结,科学出版社出版了《沈允钢学术文选》。

关键词：光合作用学术中国科学院院士钢植物生理学科学出版社生物化学家学部委员

基于改进的双源模型模拟荒漠河岸胡杨林蒸散发

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生态学报 2020年第10期40卷 3462-3472页

作者：高冠龙冯起刘贤德山西大学太原030006 陕西省土地整治重点实验室西安710064 中国科学院西北生态环境资源研究院兰州730000 甘肃省祁连山水源涵养林研究院张掖734000

蒸散发是水循环和能量平衡过程中的重要组成部分,其准确量化对于深刻揭示干旱半干旱地区的生态水文过程具有重要意义。以黑河下游荒漠河岸胡杨林为研究对象,在2014和2015年胡杨主要生长季内,基于涡度相关技术实测数据,分析了蒸散发日及... 详细信息

蒸散发是水循环和能量平衡过程中的重要组成部分,其准确量化对于深刻揭示干旱半干旱地区的生态水文过程具有重要意义。以黑河下游荒漠河岸胡杨林为研究对象,在2014和2015年胡杨主要生长季内,基于涡度相关技术实测数据,分析了蒸散发日及各物候期变化规律,结合改进的双源Penman-Monteith-Priestley-Taylor(PM-PT)模型,模拟了黑河下游荒漠河岸胡杨林蒸散发,并分析了模型的参数敏感性,得到的主要结论如下:(1)胡杨林蒸散发日变化大致呈先升高后降低的趋势。上午随着太阳辐射的逐渐增强,气温逐渐升高,蒸散速率逐渐增大,在中午12:00左右达到峰值。随后,太阳辐射减弱,气温逐渐降低,空气中相对湿度增加,胡杨叶片内外水汽压差减小,蒸散速率随之降低。(2)胡杨生长季内蒸散发整体上呈先升高后降低的趋势。2014和2015年生长季蒸散发总量分别为612 mm和658 mm,果期和种子散播期累积蒸散发为生长季内蒸散发总量的主体部分,果期内累积蒸散发分别为316 mm和348 mm,分别占各年生长季蒸散发总量的51.65%和52.87%;种子散播期内平均蒸散发略低于果期,2014和2015年胡杨林种子散播期内累积蒸散发分别为261 mm和271 mm,分别占各年生长季蒸散发总量的42.71%和41.12%,展叶期和叶变色期内平均蒸散发最低,原因在于展叶期胡杨叶片尚未完全成形,而叶变色期叶片活性逐渐降低。(3)改进的双源PM-PT模型与传统的双源Shuttleworth-Wallace(SW)模型相比,在模型结构与参数数量方面均得到了优化,其模拟精度也更高。(4)改进的双源PM-PT模型对净辐射最为敏感。

关键词：蒸散发双源模型荒漠河岸林胡杨

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试论核心素养背景下初中语文书法教学的渗透

学周刊 2021年第13期 105-106页

作者：刘贤德甘肃省古浪县大靖初级中学甘肃古浪733103

初中语文教学中,为了培养学生的综合素养,要把传统的书法教学和语文教学活动结合起来,让学生通过书法学习认识中国宝贵的语言文字,进一步体会中国悠久的汉字文化;让学生通过练习书法正确认识汉字,体会汉字的结构特点,明白汉字的内在含... 详细信息

初中语文教学中,为了培养学生的综合素养,要把传统的书法教学和语文教学活动结合起来,让学生通过书法学习认识中国宝贵的语言文字,进一步体会中国悠久的汉字文化;让学生通过练习书法正确认识汉字,体会汉字的结构特点,明白汉字的内在含义和应用价值,从而热爱书法,自觉传承中国传统的文化瑰宝;让学生通过书法学习提高个人的成长发展和精神文化层次,塑造良好的人格品质。本文试就初中语文书法教学的现状、意义等进行探讨,并提出相应的教学策略。

关键词：语言文字初中语文书法教学

自然条件下胡杨叶片光合作用的气孔、非气孔限制

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干旱区资源与环境 2020年第11期34卷 182-188页

作者：高冠龙冯起刘贤德山西大学太原030006 陕西省土地整治重点实验室西安710075 中国科学院西北生态环境资源研究院兰州730000 甘肃省祁连山水源涵养林研究院张掖734000

文中分析了自然条件下胡杨叶片的外界环境因子及光合生理特征的日变化规律,探讨并剖析了自然条件下胡杨叶片光合作用的气孔和非气孔限制的特征。结果表明,在观测日内:1)净光合速率(Pn)总体呈先升高后降低的趋势,其中在6、8和9月正午前... 详细信息

文中分析了自然条件下胡杨叶片的外界环境因子及光合生理特征的日变化规律,探讨并剖析了自然条件下胡杨叶片光合作用的气孔和非气孔限制的特征。结果表明,在观测日内:1)净光合速率(Pn)总体呈先升高后降低的趋势,其中在6、8和9月正午前后出现了短暂的"光合午休"现象。气孔导度(gs)呈周期性波动,随着水汽压差(VPD)的增加而逐渐降低。胞间CO2浓度(Ci)基本呈现出早晚大、午间小的"V"型变化趋势。在所有观测日内,gs随着Pn的增大有增大的趋势。2)胡杨叶片光合作用的气孔限制值(Ls)在早上水平较低,在中午和下午呈现出相对较高水平;非气孔限制值(Ci/gs)水平在上午较小,下午慢慢增大,在16:00前后迅速升高。在"光合午休"时间段内,首先Ls逐渐升高并达到最大值,而此时Ci达到最低值,表现出明显的气孔限制。随后Ls逐渐减小而Ci/gs迅速升高,表现出明显的非气孔限制。3)相对气孔限制值(RLs)与Ls的变化趋势一致,可以反映气孔控制光合作用过程的相对重要性,但其值在下午略低于Ls,说明气孔限制因子在下午对光合作用的影响程度下降。

关键词：光合作用气孔限制非气孔限制胡杨

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核心素养视角下群文阅读教学的优化策略

名师在线 2020年第30期 37-38页

作者：刘贤德甘肃省古浪县大靖初级中学甘肃武威733103

为提升学生的阅读素养,促使学生正确认识和理解学习的价值和意义,教师应通过群文阅读这种从“单一”到“多元”的新型教学方式,来引导学生在自主阅读、合作对话中培养语文核心素养。本文试图通过优化议题设计、优化文本选择、优化教学... 详细信息

为提升学生的阅读素养,促使学生正确认识和理解学习的价值和意义,教师应通过群文阅读这种从“单一”到“多元”的新型教学方式,来引导学生在自主阅读、合作对话中培养语文核心素养。本文试图通过优化议题设计、优化文本选择、优化教学结构来实现群文阅读教学中问题的解决和意义的建构。

关键词：群文阅读优化议题文本结构