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一种WC-Co/316Lγ射线屏蔽复合材料交替沉积制备方法

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中国科学：技术科学 2024年第5期54卷 881-897页

作者：乔春光王中华李博川姜潮湖南大学整车先进设计制造技术全国重点实验室长沙410082 湖南大学机械与运载工程学院长沙410082

核工业场景中普遍存在具有极强穿透能力的γ射线,极易造成机器人等智能装备的电路系统故障失效.传统钨、铅等屏蔽材料无法兼顾可加工性、辐射屏蔽性能及结构力学性能,难以同时满足结构承载、屏蔽功能及经济性综合最优的设计目标.基于此... 详细信息

核工业场景中普遍存在具有极强穿透能力的γ射线,极易造成机器人等智能装备的电路系统故障失效.传统钨、铅等屏蔽材料无法兼顾可加工性、辐射屏蔽性能及结构力学性能,难以同时满足结构承载、屏蔽功能及经济性综合最优的设计目标.基于此,本文以316L不锈钢为基体,以WC-Co为功能-结构增强材料,采用定向能量沉积增材制造(DED-AM)技术提出了一种新的WC-Co/316L功能-结构一体化γ射线屏蔽复合材料交替沉积制备方法.首先,研究了WC-Co/316L,316L两种粉末交替沉积工艺,通过优化调控激光功率、扫描速度、粉末配比等工艺参数,制备出WC-Co/316L功能-结构一体化γ射线屏蔽复合材料;其次,对制备出的复合材料进行微观结构与宏观力学性能表征;最后,采用蒙特卡罗粒子输运模拟方法对厚度、WC-Co含量及沉积方式不同的WC-Co/316L复合材料γ射线屏蔽性能进行分析.结果表明,该复合材料的低能γ射线屏蔽率明显提升,且在材料成型过程中增加了形核率并使晶粒细化,显著提高了材料的拉伸强度.本研究可为功能-结构一体化γ射线屏蔽材料制备提供指导.

关键词：增材制造多层交替沉积 γ射线屏蔽 WC-Co/316L

基于主动学习与贝叶斯深度神经网络的高维多输出不确定性传播方法

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中国机械工程 2024年第5期35卷 792-801页

作者：刘竟飞姜潮倪冰雨汪宗太河南工业大学机电工程学院郑州450001 湖南大学机械与运载工程学院长沙410082 中国核电工程有限公司北京100048

针对实际工程中存在的具有多个输出响应的高维问题,提出一种基于主动学习与贝叶斯深度神经网络的高维多输出不确定性传播方法。利用多个输出响应对应同一组输入变量的特点,对输入变量进行一次性采样,从而构造初始训练样本集。采用贝叶... 详细信息

针对实际工程中存在的具有多个输出响应的高维问题,提出一种基于主动学习与贝叶斯深度神经网络的高维多输出不确定性传播方法。利用多个输出响应对应同一组输入变量的特点,对输入变量进行一次性采样,从而构造初始训练样本集。采用贝叶斯深度神经网络初步构建高维多输出问题的代理模型。贝叶斯深度神经网络能够同时求解多个预测输出响应的不确定性估计,基于该特点发展了一种针对高维多输出问题的主动加点策略,通过主动学习的方式进一步构建具有较高精度的高维多输出代理模型。然后,利用蒙特卡罗采样方法以及高斯混合模型求解多个输出响应的联合概率密度函数。研究结果表明,所提方法不仅能够避免分别对多个输出响应进行独立求解的复杂过程,而且能够利用多个输出响应之间的关联,主动筛选关键样本点进行建模,在一定程度上提高了高维多输出问题的求解效率。最后,通过几个数值算例验证了所提方法的有效性。

关键词：主动学习贝叶斯深度神经网络高维不确定性多输出问题

基于改进谱线增强的光电编码器γ辐射噪声滤波算法研究

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核技术 2024年第8期47卷 67-78页

作者：董威王中华姜潮邱添湖南大学整车先进设计制造技术全国重点实验室长沙410082 湖南大学机械与运载工程学院长沙410082

针对核辐射环境下光电编码器因受γ辐射总剂量效应影响而导致输出信号质量劣化的问题,提出了一种兼顾精度和效率的改进谱线增强算法(Improved Adaptive Line Enhancer Method,IALEM)。该算法引入Softsign函数建立误差与步长之间的非线... 详细信息

针对核辐射环境下光电编码器因受γ辐射总剂量效应影响而导致输出信号质量劣化的问题,提出了一种兼顾精度和效率的改进谱线增强算法(Improved Adaptive Line Enhancer Method,IALEM)。该算法引入Softsign函数建立误差与步长之间的非线性关系,通过在步长更新公式中引入前一时刻步长值,达到收敛速度快且稳态误差小的目的。分别在算法收敛速度、稳态误差、低信噪比输入、计算量4个方面与同类算法进行比较。结果表明,该算法在拥有较低计算量的同时,其收敛速度更快、稳态误差更小,并且对于低信噪比信号具有更好的滤波效果。最后,在光电编码器上对本文所提算法进行了现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)硬件实现;并在60Co γ辐射环境中对算法的滤波效果进行了实验测试。实验结果表明:所提出的算法可有效滤除光电编码器因γ辐射产生的噪声,提高光电编码器输出信号的质量。

关键词：光电编码器变步长改进谱线增强算法辐射噪声滤波

一种基于主动学习克里金模型的证据理论可靠性分析方法

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机械工程学报 2024年第2期60卷 356-368页

作者：韦新鹏姚中洋宝文礼张哲姜潮湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

提出一种基于主动学习克里金模型的证据理论可靠性分析方法,可高效高精度计算出结构失效的可信度与似真度。首先,对不确定变量空间进行离散,并使用拉丁超立方抽样方法生成克里金模型的初始训练样本;其次,推导基于克里金模型快速判断证... 详细信息

提出一种基于主动学习克里金模型的证据理论可靠性分析方法,可高效高精度计算出结构失效的可信度与似真度。首先,对不确定变量空间进行离散,并使用拉丁超立方抽样方法生成克里金模型的初始训练样本;其次,推导基于克里金模型快速判断证据变量焦元类别(正焦元、负焦元或边界焦元)的方法及克里金模型的迭代停止条件;再次,根据焦元类别判断方法发展基于功能函数符号预测正确概率的学习函数,可自适应增加训练样本以提高克里金模型关键区域的精度;最后,在克里金模型并非全局精确的情况下判断焦元的类别,并计算出结构失效的可信度和似真度。数值算例显示,该方法能够高效准确地判断所有焦元的类别,进而计算出结构失效可信度和似真度的确切值。

关键词：结构可靠性认知不确定性证据理论主动学习克里金模型

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复杂路径规划的机构分区运动学拓扑构型设计

机械工程学报 2024年第11期60卷 62-73页

作者：徐文琳彭羽何智成姜潮湖南大学机械与运载工程学院长沙410082

复杂路径规划的机构拓扑构型设计一直是行业的难题。目前,基于弹簧连接刚性块模型(Spring-connectedrigidblock mode,SBM)的拓扑优化算法,以功传递效率为目标函数,可以实现了多精度点路径拓扑构型设计反求。然而,传统SBM模型进行机构设... 详细信息

复杂路径规划的机构拓扑构型设计一直是行业的难题。目前,基于弹簧连接刚性块模型(Spring-connectedrigidblock mode,SBM)的拓扑优化算法,以功传递效率为目标函数,可以实现了多精度点路径拓扑构型设计反求。然而,传统SBM模型进行机构设计时,存在迭代结果构型不清晰、收敛速度低、复杂路径机构合成能力较差等问题。因此,在SBM模型的基础上提出了复杂路径规划的机构分区运动学拓扑构型设计方法。该方法首先对模型的弹簧刚度进行二值化判定,然后根据刚性块的运动情况以及约束度进行浮动块判定和刚度清理,最后再使用邻接矩阵图论的方法获得刚性块组的划分以及机构分区,从而实现大梯度变化复杂路径下对机构拓扑构型设计。通过实际的算例表明,面向复杂路径规划的机构分区运动学拓扑构型设计方法在保证路径精度的前提下,能显著提升计算效率与适应复杂路径规划的能力。

关键词：弹簧连接刚性块拓扑模型复杂路径规划运动学拓扑机构分区

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基于多判别器辅助分类生成对抗网络的故障诊断方法研究

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工程设计学报 2024年

作者：叶子汉王中华姜潮吕新张哲湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室湖南大学机械与运载工程学院

伴随机械设备如风机主轴承、机械臂关节等服役工况日趋极端，如强冲击、强辐射、极高温等，其故障模式愈发复杂多样，获得充足且有效的故障数据变得更加困难甚至难以实现，致使故障诊断的准确性较为受限，难以支撑后续检修维护方案的制... 详细信息

伴随机械设备如风机主轴承、机械臂关节等服役工况日趋极端，如强冲击、强辐射、极高温等，其故障模式愈发复杂多样，获得充足且有效的故障数据变得更加困难甚至难以实现，致使故障诊断的准确性较为受限，难以支撑后续检修维护方案的制定。针对这一问题，提出了一种多判别器辅助分类生成对抗网络的数据增强算法。该算法通过设置3个判别器与1个生成器，并添加独立的分类器构成了新的辅助分类生成对抗网络模型。针对该模型训练中存在的稳定性问题，通过引入Wasserstein距离构造新的损失函数，并采用稳定性更具优势的单边软约束正则化项替换原有的L2梯度惩罚项以解决模型崩溃问题；在此基础上，采用高效通道注意力机制进一步提高模型的特征提取能力。所提方法被应用于扩充机械设备故障数据集，辅助深度学习智能诊断模型训练，在多个数据集上的实验结果表明该方法与现有框架相比生成数据质量更高，可进一步提高故障诊断模型的准确率。

关键词：多判别器辅助分类生成对抗网络高效通道注意力机制单边软约束数据增强故障诊断

流-热-力耦合的高性能结构拓扑优化设计方法

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中国机械工程 2024年第3期35卷 487-497页

作者：李荣启闫涛何智成米栋姜潮郑静湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082 中国航发湖南动力机械研究所株洲412002

拓扑优化和增材制造技术的快速发展为高性能复杂装备提供了高效的产品设计和制造方法。目前高性能结构拓扑优化只考虑热-力耦合或者流-热耦合的设计,且大多局限于简单结构,未考虑流-热-力三场共同作用下的设计,限制了结构性能的提升。... 详细信息

拓扑优化和增材制造技术的快速发展为高性能复杂装备提供了高效的产品设计和制造方法。目前高性能结构拓扑优化只考虑热-力耦合或者流-热耦合的设计,且大多局限于简单结构,未考虑流-热-力三场共同作用下的设计,限制了结构性能的提升。针对流-热-力多物理场工况下的高性能复杂结构设计这一挑战,提出了一种流-热-力耦合拓扑优化方法,以提高复杂结构的承温能力。首先引入流场、温度场和结构位移场的控制方程,对计算域的流固材料进行统一表征;然后以最小化平均温度为目标,以流动能量耗散和结构柔度为约束,建立了流-热-力耦合的拓扑优化模型,并结合变分法和拉格朗日函数开展了设计变量的灵敏度分析;最后将所建立的拓扑优化模型应用于涡轮的结构设计,得到了散热性能良好、流道分布合理的可增材制造结构。

关键词：拓扑优化变密度法多物理场高性能结构

基于多判别器辅助分类器生成对抗网络的故障诊断方法研究

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工程设计学报 2024年第2期31卷 137-150,159页

作者：叶子汉王中华姜潮吕新张哲湖南大学整车先进设计制造技术全国重点实验室湖南长沙410082 湖南大学机械与运载工程学院湖南长沙410082

在强冲击、强辐射、极高温等极端恶劣的工作环境下,机械设备的故障模式复杂多样,获得充足且有效的故障数据变得非常困难甚至难以实现,以致故障诊断的准确性受限,后续检修维护方案难以有效制定。针对这一问题,提出了一种多判别器辅助分... 详细信息

在强冲击、强辐射、极高温等极端恶劣的工作环境下,机械设备的故障模式复杂多样,获得充足且有效的故障数据变得非常困难甚至难以实现,以致故障诊断的准确性受限,后续检修维护方案难以有效制定。针对这一问题,提出了一种多判别器辅助分类器生成对抗网络的数据增强算法。通过设置3个判别器、1个生成器并添加独立的分类器,构建了新的辅助分类器生成对抗网络模型。针对在该模型训练中存在的不稳定性问题,通过引入Wasserstein距离构造新的损失函数,并采用稳定性更具优势的单边软约束正则化项替换原有的L2梯度惩罚项来解决模型崩溃问题;在此基础上,采用高效通道注意力机制来进一步提高模型的特征提取能力。将所提出的模型应用于扩充机械设备故障数据集,辅助深度学习智能诊断模型的训练。多个故障数据集扩充实验表明,与现有模型相比,新模型所生成数据的质量更高,故障诊断的准确率也得到进一步提高,因此具有较高的应用价值。

关键词：多判别器辅助分类器生成对抗网络高效通道注意力机制 Lipschitz(利普希茨)约束数据增强故障诊断

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“双减”政策下小学数学教学提质增效的策略

天津教育 2024年第2期 97-99页

作者：姜潮山东省青岛蓝谷高新技术产业开发区柳沟创新小学

“双减”政策的实施不仅减轻了学生的课业负担,而且让学生拥有了更多自主发展的空间。在这一背景下,小学数学教师贯彻落实“双减”政策,打造高质量的数学课堂,有助于推动课程教学的创新发展,进一步实现提质增效的目标。基于此,本文主要... 详细信息

“双减”政策的实施不仅减轻了学生的课业负担,而且让学生拥有了更多自主发展的空间。在这一背景下,小学数学教师贯彻落实“双减”政策,打造高质量的数学课堂,有助于推动课程教学的创新发展,进一步实现提质增效的目标。基于此,本文主要解析“双减”政策对小学数学教学的要求,阐述了“双减”政策的实施对小学数学教学的重要作用,并提出科学的教学策略,旨在提高小学数学教学质量和教学效率。“双减”政策是当前我国教育改革的一个重要方向,旨在减轻学生的课业负担.

关键词：小学数学教师小学数学教学课业负担教学效率教学策略提质增效数学课堂课程教学

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