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基于VAE-WGAN的矿井提升机主轴承小样本故障诊断方法

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煤炭科学技术 2024年

作者：江帆宋泓炎沈熙朱真才程舒曼中国矿业大学机电工程学院山东临工工程机械有限公司智能采矿装备技术全国重点实验室徐州矿业集团有限公司博士后科研工作站

作为提升机的关键组件，主轴承在长时间高速重载服役过程中，其性能会发生退化并导致故障产生，故开展提升机主轴承故障诊断对保障矿井提升机安全高效运行具有重要意义。然而，矿井提升机运行状态监测的数据中正常服役与故障状态的比重... 详细信息

作为提升机的关键组件，主轴承在长时间高速重载服役过程中，其性能会发生退化并导致故障产生，故开展提升机主轴承故障诊断对保障矿井提升机安全高效运行具有重要意义。然而，矿井提升机运行状态监测的数据中正常服役与故障状态的比重严重失调，呈现出正常样本多、故障样本少、标签样本不足等特点，导致矿井提升机主轴承故障模型训练效果不理想、诊断准确度低。针对小样本下矿井提升机主轴承故障诊断准确率低的问题，本文通过融合变分自编码器和Wasserstein生成对抗网络，构建基于VAE-WGAN的矿井提升机主轴承样本增广模型，进而提出基于CBAM-MoblieNetV2的故障诊断方法，实现小样本数据下的矿井提升机主轴承故障诊断。在算法层面上，引入Wasserstein距离度量，解决生成对抗网络训练梯度消失问题。在数据层面上，使用凯斯西储大学数据集对VAE-WGAN进行测试，并通过量化指标评价VAE-WGAN生成能力的方式优选超参数，再用矿井提升机模拟实验台轴承数据集训练VAE-WGAN，实现小样本数据集增广扩容。为了提升故障诊断模型的特征提取能力和故障诊断准确率，在轻量化卷积神经网络MobileNetV2的基础上，将卷积块注意力机制CBAM融合到MobileNetV2深层特征映射，搭建注意力机制卷积分类网络CBAM-MobileNetV2，通过融合跨通道信息和空间信息实现更多地关注故障特征。最后通过与WGAN＿GP、DCGAN，VAE以及WGAN等传统生成模型进行了对比分析，VAE-WGAN+CBAM-MobileNetV2在四种小样本比例数据集上的准确率均高于其他四种方法，证明了本文所提样本增广和故障诊断方法在不同小样本比例故障数据集上的诊断准确率更高，能够满足小样本下的故障诊断要求。

关键词：生成对抗网络小样本矿井提升机主轴承故障诊断

结合WGAN GP与CNN SVM的滚动轴承故障红外诊断

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激光与红外 2024年第3期54卷 416-422页

作者：周建民沈熙闻刘露露华东交通大学江西省载运工具与装备重点实验室江西南昌330000 华东交通大学机电与车辆工程学院江西南昌330000

针对实际工程应用中由于滚动轴承故障状态出现的时间很短而导致数据集不平衡难以采用深度学习算法进行故障诊断的问题,提出了一种基于Wasserstein距离的梯度惩罚生成对抗网络(WGAN GP)和基于支持向量机分类的卷积神经网络(CNN SVM)相结... 详细信息

针对实际工程应用中由于滚动轴承故障状态出现的时间很短而导致数据集不平衡难以采用深度学习算法进行故障诊断的问题,提出了一种基于Wasserstein距离的梯度惩罚生成对抗网络(WGAN GP)和基于支持向量机分类的卷积神经网络(CNN SVM)相结合的滚动轴承故障红外诊断方法。从红外热像图中构建不平衡数据集,通过采用WGAN GP对不平衡数据扩充以达到数据集均衡,之后将CNN SVM模型应用于数据集,提取样本深度特征完成故障分类。实验表明,WGAN GP与CNN SVM相结合的模型在不平衡数据集下表现良好,相较于其他模型有更好的故障诊断能力,并且在故障分类阶段的用时可减少16.89%以上。

关键词：滚动轴承故障诊断不平衡数据集生成对抗网络

池式钠冷快堆复杂空间内流动与传热特性三维数值模拟研究综述

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原子能科学技术 2024年

作者：张钰浩赵海琦沈熙昊袁晓晓宋海洁陆道纲隋丹婷华北电力大学核科学与工程学院非能动核能安全技术北京市重点实验室

钠冷快堆是第四代先进核能系统的重要堆型之一。池式钠冷快堆安全裕量大，但结构较为复杂，其堆内一回路循环流动呈多尺度、复杂空间、多路径、三维流动等特点，给池式钠冷快堆计算与实验带来一定困难。近年来，计算流体力学（CFD）的... 详细信息

钠冷快堆是第四代先进核能系统的重要堆型之一。池式钠冷快堆安全裕量大，但结构较为复杂，其堆内一回路循环流动呈多尺度、复杂空间、多路径、三维流动等特点，给池式钠冷快堆计算与实验带来一定困难。近年来，计算流体力学（CFD）的快速发展为解决上述问题提供了重要技术路径，本文对池式钠冷快堆复杂空间内流动与传热特性三维数值模拟研究进行综述。对于全堆一体化整体计算，获取池式钠冷快堆典型对称/非对称工况下的三维温度场分布及关键热工参数瞬态变化，评价其余热排出能力；对于局部部件或区域精细化计算，获取局部三维流动与传热特征参数，也为全堆一体化计算提供关键输入。相关研究为池式钠冷快堆安全稳定运行及设计优化提供重要支撑。

关键词：池式钠冷快堆池式复杂空间多路径流动传热特性三维数值模拟

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异形纤维及其制造技术进展

高分子材料科学与工程 2024年第3期40卷 172-179页

作者：范春峰何鉴峰王建北京化工大学机电工程学院北京100029

异形纤维是指横截面形状为非圆形的纤维,可弥补圆形纤维在抗扭强度、粗糙度、弹性、表观等性能方面的不足,并具有良好的光泽、染色、抗污、阻燃、隔热、隔音等性能,在纺织、复合材料、建筑、生物医学、汽车、航空航天、光学等领域得到... 详细信息

异形纤维是指横截面形状为非圆形的纤维,可弥补圆形纤维在抗扭强度、粗糙度、弹性、表观等性能方面的不足,并具有良好的光泽、染色、抗污、阻燃、隔热、隔音等性能,在纺织、复合材料、建筑、生物医学、汽车、航空航天、光学等领域得到了广泛应用。文中介绍了异形纤维的类型、特点、应用领域,总结了异形纤维的制造技术及其影响因素,分析了异形纤维横截面形态表征方法及对性能的影响。相关综述可为异形纤维的研究开发提供科学参考和技术借鉴。

关键词：异形纤维制造方法力学性能复合材料

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基于GC-MS-O技术的景观设计用马尾松木材气味化合物分析

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林业科学 2024年

作者：沈熙为曾彬葛梦婷王敬贤美国内华达大学拉斯维加斯分校建筑学院东北林业大学材料科学与工程学院美国弗吉尼亚理工大学建筑学院辽宁省林业科学研究院

【目的】鉴定马尾松木材气味化合物及气味特征并分析其来源和释放机制，为马尾松气味数据库的构建以及其作为景观木材在景观设计中的科学利用提供指导。【方法】以不同含水率的马尾松心、边材为研究对象，利用气相色谱-质谱-嗅闻（GC-M... 详细信息

【目的】鉴定马尾松木材气味化合物及气味特征并分析其来源和释放机制，为马尾松气味数据库的构建以及其作为景观木材在景观设计中的科学利用提供指导。【方法】以不同含水率的马尾松心、边材为研究对象，利用气相色谱-质谱-嗅闻（GC-MS-O）技术分析马尾松木材气味化合物释放特性。【结果】马尾松木材常温状态下释放的气味化合物共25种，主要有α-蒎烯（浓松木香）、莰烯（薄荷香，刺激）、柠檬烯（柠檬香，清香）、长叶烯（清凉）和(+)-环苜蓿烯（清香）等。马尾松木材气味化合物主要组分为萜类、醇类、烃类和醛类等，萜类占气味化合物总量的90.99%～96.58%（质量浓度）。马尾松木材气味化合物以薄荷樟脑、清香花香和木香为主，伴有果香和甜香，偶有较弱的杏仁和皮革混合香气味。随着含水率降低，马尾松木材气味化合物总质量浓度和气味强度呈先升后降趋势。边材气味化合物的种类、质量浓度和气味强度大于心材，含水率30%时，边材气味化合物的质量浓度和气味强度分别是心材的6.76和1.77倍。马尾松边材中含萜类、醇类、烃类和醛类等气味化合物，心材中仅萜类和烃类气味化合物稳定存在，偶有少量醇类化合物。单体气味化合物质量浓度与木材含水率相关，但相关性在心、边材中有所不同。单体气味化合物质量浓度与单体气味强度总体呈正相关，但相关系数因化合物种类、木材位置和木材含水率不同差异较大。【结论】薄荷樟脑、清香花香和木香是马尾松木材的主要气味，果香和甜香起气味修饰作用，整体上马尾松木材气味可带给人们舒缓、放松、愉快等心理感受。马尾松木材用作景观材料，对使用者的心理和身体健康均有积极作用，适宜用于大部分城市公园、儿童公园以及疗愈景观中。

关键词：景观材料马尾松气味化合物气味特征环境健康气相色谱-质谱-嗅闻技术

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基于改进神经网络的增材制造刀轨优化研究

中国科学：技术科学 2024年第3期54卷 553-566页

作者：董海郭煜峰沈阳大学应用技术学院沈阳110044 沈阳大学机械工程学院沈阳110044

本文针对选择性激光烧结增材制造(selecting laser sintering,SLS)内部质量问题,提出贝叶斯优化BP神经网络(BO-BP神经网络)路径优化模型,提高了SLS成型质量,减少打印过程能源消耗.首先,建立打印件路径规划流程,利用动态规划技术得到给... 详细信息

本文针对选择性激光烧结增材制造(selecting laser sintering,SLS)内部质量问题,提出贝叶斯优化BP神经网络(BO-BP神经网络)路径优化模型,提高了SLS成型质量,减少打印过程能源消耗.首先,建立打印件路径规划流程,利用动态规划技术得到给定激光网格中最终路径并移除冗余路径,针对激光烧结过程建立基于导热微分方程的SLS模型,并对其路径进行数值模拟,利用各网格节点最终温度值计算材料网格内部节点温度梯度值并排名,以此值作为神经网络算法训练并测试数据的数据集;其次,通过对所得激光路径进行数值图像转化,得到相应的平均热梯度分布图,将所得到的激光路径转化成灰度路径图像,采用改进BO-BP神经网络算法进行训练;最后,使用Softmax函数将神经网络输出数字转换为每个图像的概率,选取线性优化、无监督学习神经网络、遗传-反向传播神经网络(GA-BP)和反向传播(BP)神经网络进行预测结果比较,得出BO-BP神经网络算法相较于其他算法具有预测精度高、搜索速度快的优点.

关键词：增材制造选择性激光烧结刀轨路径优化 BO-BP神经网络算法

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航空重油活塞发动机技术难点与发展启示

航空动力学报 2024年第4期39卷 151-164页

作者：赵振峰王蕾北京理工大学机械与车辆学院北京100081

在分析国内外航空重油活塞发动机发展现状的基础上,对现有成熟机型进行对比分析,获得了不同功率级别航空重油活塞发动机的核心技术指标,提出我国发展航空活塞发动机重油化和国产化的重要意义。按照功率级别分析了航空重油活塞发动机发... 详细信息

在分析国内外航空重油活塞发动机发展现状的基础上,对现有成熟机型进行对比分析,获得了不同功率级别航空重油活塞发动机的核心技术指标,提出我国发展航空活塞发动机重油化和国产化的重要意义。按照功率级别分析了航空重油活塞发动机发展的技术途径,总结了高功质比航空重油活塞发动机面临的技术难点,提出了点燃式航空重油活塞发动机的关键技术,即重油燃料的快速雾化技术、快速冷起动技术、爆震抑制技术以及高空增压功率恢复技术,突破以上关键技术将对航空重油活塞发动机技术的发展具有重要意义。

关键词：航空重油活塞发动机高功质比技术难点发展启示

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海/空跨介质无人平台发展现状与应用构想

中国造船 2024年第2期65卷 265-277页

作者：陈建峰张军中国船舶科学研究中心船舶振动噪声重点实验室无锡214082

海/空跨介质无人平台具备空中、水下跨介质运动能力,在海、空军情侦测、通信与作战中具有独特作用。论文主要从跨介质无人平台的发展现状和发展意义出发,对美军在相关应用演习中的场景进行了介绍,在此基础上结合我军作战使用的特点,开... 详细信息

海/空跨介质无人平台具备空中、水下跨介质运动能力,在海、空军情侦测、通信与作战中具有独特作用。论文主要从跨介质无人平台的发展现状和发展意义出发,对美军在相关应用演习中的场景进行了介绍,在此基础上结合我军作战使用的特点,开展了海/空跨介质无人平台应用相关场景的探索,提出了独立型和子母型两种跨介质无人平台应用的构想。这项研究对未来装备的发展具有参考价值。

关键词：无人平台跨域协同无人航行器

消费者信息偏好对船公司参与航运物流区块链平台决策的影响

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控制与决策 2024年第8期39卷 2791-2800页

作者：陈燕婷李登峰福州大学经济与管理学院电子科技大学经济与管理学院

航运物流行业涉及多个环节,因此航运物流区块链平台需要多个物流企业积极加入.航运物流区块链平台应用下的航运物流信息披露水平和消费者偏好都会对物流企业的参与决策产生影响.基于消费者存在航运物流服务和信息偏好以及船公司可选择... 详细信息

航运物流行业涉及多个环节,因此航运物流区块链平台需要多个物流企业积极加入.航运物流区块链平台应用下的航运物流信息披露水平和消费者偏好都会对物流企业的参与决策产生影响.基于消费者存在航运物流服务和信息偏好以及船公司可选择参与已搭建好的航运物流区块链平台(简称“上链”)的假设,利用两阶段博弈刻画了航运物流信息披露下的两个船公司的博弈均衡,进而通过对比3种“上链”模式,分析船公司的“上链”决策.研究发现,当消费者更关注航运物流服务水平时,与都“上链”相比,两个船公司都“不上链”能使双方获益,且披露航运物流信息和虚报舱位数量多的船公司获益更多;若仅有一个船公司“上链”,其收益最大.当消费者更关注航运物流信息披露水平时,若两个船公司都“上链”,能实现共赢,且船公司披露的航运物流信息水平越高收益越大.同样,若仅有一个船公司“上链”,其收益最大.研究结论能够为航运物流企业应用区块链技术提供有益的管理启示.

关键词：区块链物流供应链激励信息偏好博弈论