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基于改进深度学习模型的轴承故障诊断方法研究

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基于改进深度学习模型的轴承故障诊断方法研究

作者：谢锦阳安徽理工大学

学位级别：硕士

滚动轴承作为旋转机械的核心部件,其运行状态决定着整个旋转机械的可靠性。由于旋转轴承往往长期工作在复杂的工况环境下导致其极易出现损伤,是导致旋转机械发生故障的常见原因。及时发现轴承故障就能够通过维修和以较低的成本避免更大... 详细信息

滚动轴承作为旋转机械的核心部件,其运行状态决定着整个旋转机械的可靠性。由于旋转轴承往往长期工作在复杂的工况环境下导致其极易出现损伤,是导致旋转机械发生故障的常见原因。及时发现轴承故障就能够通过维修和以较低的成本避免更大事故的发生。因此,对滚动轴承运行状况的监测与诊断是十分必要的。本文通过构建基于卷积神经网络的轴承故障诊断方法对滚动轴承故障诊断问题进行研究。具体内容如下:针对轴承故障有效特征提取困难所造成的轴承故障诊断模型精度较低的问题,提出基于1DCNN-RAM-LSTM的轴承故障诊断方法。首先,将轴承故障信号通过卷积操作进行初步特征提取;其次,通过对注意力机制的思想进行改进,提出反向注意力机制(Reverse attention mechanism,RAM),特征数据在进入RAM层时,由Softmax生成其所对应的特征占比张量,再通过单位矩阵将其进行反向,设置剪枝参数对反向后的特征矩阵进行剪枝操作,之后再由单位矩阵将其反向,此时的特征矩阵与原始特征矩阵相乘后作为反向注意力机制的输出;最后,反向注意力机制的输出被输入到长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)中进行时序特征的学习,最终经全连接层后输出诊断结果。实验结果表明,所提出的基于1DCNNRAM-LSTM的诊断模型能够实现对轴承故障特征的有效提取,从而实现高精度轴承故障诊断。针对多工况轴承故障诊断,提出基于通道切分机制改进残差网络的轴承故障诊断方法。该方法通过数据编码方法将轴承故障数据编码为二维特征图像作为卷积神经网络的输入,并从特征图像通道的角度出发,提出了一种通道切分机制,将输入特征图像的通道划分为重要操作通道和次要操作通道,并对其进行不同的特征处理后进行堆叠,最后在残差网络的结构中加入通道切分机制构建轴承故障诊断模型。由实验结果:通道切分机制能够有效的提高诊断模型对多工况轴承故障的诊断性能。针对小样本轴承故障诊断问题,提出基于RP-IBRN(Recurrent Plot-Idle bias residual network)的轴承故障诊断方法。通过残差连接和空闲偏置构建了空闲偏置残差块,在特征图像输入到空闲偏置残差块时,其特征通道被划分为一定份数,并以两份为一组,对其中一组进行翻折操作,另一个不做任何操作,经翻折操作后再按通道进行拼接。最后,利用空闲偏置残差块替换原始残差网络中的残差结构,最终构建空闲偏置残差网络。经实验证明:基于RP-IBRN的轴承故障诊断模型在诊断数据集规模较小时仍具有优秀的诊断性能。针对轴承故障诊断模型在小样本下的泛化性能较低的问题,提出基于VMDRP-CSRN(Variational mode decomposition-Recurrent plot-Channel split residual network)的轴承故障诊断方法。首先,利用变分模态分解对轴承故障信号进行分解,获得多个IMF(Intrinsic Mode Functions)分量,达到对轴承故障信号的初步特征提取;其次,通过递归图编码将IMF分量转换成特征图像,将多个IMF分量依次排列在同一张特征图像上,最终生成轴承故障数据集;最后利用通道切分机制替换残差网络的第一层卷积,构建通道切分残差网络。经实验证明:所提诊断模型在数据集规模较小时,仍具有较强的泛化性能。

关键词：轴承故障诊断递归图编码格拉姆角差域卷积神经网络残差网络

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基于RA-LSTM的轴承故障诊断方法

电子测量与仪器学报 2022年第6期36卷 213-219页

作者：谢锦阳姜媛媛王力安徽理工大学人工智能学院淮南232000 安徽理工大学电气与信息工程学院淮南232000 安徽理工大学环境友好材料与职业健康研究院(芜湖) 芜湖241003

为解决轴承故障诊断时网络模型不能对一维振动信号中的特征按照重要程度分配不同的权重,导致无法提取具有代表性意义的特征,进而影响诊断模型的精确度与鲁棒性的问题。提出基于反向注意力机制(reverse attention mechanism, RA)的特征... 详细信息

为解决轴承故障诊断时网络模型不能对一维振动信号中的特征按照重要程度分配不同的权重,导致无法提取具有代表性意义的特征,进而影响诊断模型的精确度与鲁棒性的问题。提出基于反向注意力机制(reverse attention mechanism, RA)的特征突出处理方法,通过将特征进行注意力反向与剪枝,降低非重要特征占比,从而对重要特征进行凸显。并通过长短期记忆网络(LSTM)进一步学习特征之间的时间信息后通过全连接层进行故障类型分类。通过实验选取了最优数据截取长度、剪枝超参数并对信号添加噪声后模型的稳定性进行了验证。实验结果表明所提出的RA-LSTM轴承故障诊断方法具有优异的故障诊断性能,故障诊断精度能达到100%,且在添加噪声后模型的诊断能力仍具有优异的鲁棒性。

关键词：轴承故障诊断反向注意力机制 LSTM

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电子设备间歇故障诊断技术综述

电子质量 2023年第6期 102-108页

作者：孟苓辉谢锦阳刘俊斌周振威何世烈俞鹏飞余陆斌工业和信息化部电子第五研究所广东广州511370 电子元器件可靠性物理及应用技术重点实验室广东广州511370 安徽理工大学人工智能学院安徽淮南232000

首先,介绍了间歇故障的基本概念,对导致电子设备出现间歇故障的原因及机理进行了总结;其次,对不同领域电子设备间歇故障诱因和影响进行了分析与归纳,分析了不同原因所导致电子设备间歇故障时的故障特征表现形式及其影响;然后,分别对基... 详细信息

首先,介绍了间歇故障的基本概念,对导致电子设备出现间歇故障的原因及机理进行了总结;其次,对不同领域电子设备间歇故障诱因和影响进行了分析与归纳,分析了不同原因所导致电子设备间歇故障时的故障特征表现形式及其影响;然后,分别对基于模型、环境应力、专用测试和数据驱动的4类不同的间歇故障诊断方法及其技术研究现状进行了归纳论述;最后,对间歇故障诊断未来的研究方向进行了展望,以期为相关人员更好地了解和掌握电子设备间歇故障诊断技术提供一定的参考。

关键词：电子设备间歇故障故障诊断

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培养正确的写字姿势,养成良好的写字习惯

新课程 2010年第6期 69-69页

作者：谢锦阳福建省泉州市永春县坑仔口中心小学

《小学语文课程标准》指出:"写字教学要重视对学生写字姿势的指导,引导学生掌握基本的书写技能,养成良好的写字习惯。"小学生正处于长身体、养习惯的关键时期,写字姿势的正确与否不仅关系到学习,也关系到身体的成长发育,所以培养正确的... 详细信息

《小学语文课程标准》指出:"写字教学要重视对学生写字姿势的指导,引导学生掌握基本的书写技能,养成良好的写字习惯。"小学生正处于长身体、养习惯的关键时期,写字姿势的正确与否不仅关系到学习,也关系到身体的成长发育,所以培养正确的写字姿势,养成良好的写字习惯对小

关键词：写字习惯小学生

月球车与月壤交互作用的离散元-多体动力学耦合建模

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振动与冲击 2024年第4期43卷 239-249页

作者：徐鸿雷波刘锦阳上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

目前,对于散体颗粒物质与复杂机械系统的耦合作用研究,面临着跨尺度、计算规模庞大以及非光滑表面的接触检测困难等问题。为了探究月球车与月壤交互作用,首先对颗粒-多体耦合系统动力学建模与接触算法进行研究。分别用离散元方法(discre... 详细信息

目前,对于散体颗粒物质与复杂机械系统的耦合作用研究,面临着跨尺度、计算规模庞大以及非光滑表面的接触检测困难等问题。为了探究月球车与月壤交互作用,首先对颗粒-多体耦合系统动力学建模与接触算法进行研究。分别用离散元方法(discrete element method, DEM)和多体动力学(multibody dynamics, MBD)笛卡尔方法建立了散体球形颗粒和含约束多体系统的动力学模型,并基于Hertz-Mindlin模型计算颗粒与刚体的接触力,在此基础上给出顺序耦合策略,建立了离散元和多体耦合的动力学模型。针对月球车齿状车轮的非光滑表面与颗粒之间接触检测规模庞大的问题,提出了非光滑形状物体的分区域局部检测方法,降低了局部检测的规模。通过对比圆柱体冲击颗粒的试验和仿真结果,验证了离散元-多体耦合模型的准确性。在耦合动力学建模和接触算法研究的基础上,对具有齿状车轮的月球车在月壤上行驶过程进行动力学仿真,研究不同驱动参数下的系统动力学特性以及不同轮胎形状对行驶运动的影响,研究结果表明,交错形轮齿的月球车相较直齿形轮齿前进距离多14%,前进效率较高,该研究对月球车的设计具有理论指导意义。

关键词：离散元方法(DEM) 多体动力学(MBD) 月球车耦合建模高效接触检测

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我国种子丸粒化研究现状及展望

中国生态农业学报（中英文） 2024年第4期32卷 605-615页

作者：谢锦韩立朴中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心/河北省土壤生态学重点实验室/中国科学院农业水资源重点实验室石家庄050022 中国科学院大学北京100049

种子是农业的“芯片”,在农业现代化进程中发挥重要作用。丸粒化是适应精量播种需要的新型种子处理技术,将填充剂、粘合剂、营养物质、保护剂、生长调节剂、染色剂等物料分层或混合包裹在种子表面,不仅能改变种子形状和大小,还具有保护... 详细信息

种子是农业的“芯片”,在农业现代化进程中发挥重要作用。丸粒化是适应精量播种需要的新型种子处理技术,将填充剂、粘合剂、营养物质、保护剂、生长调节剂、染色剂等物料分层或混合包裹在种子表面,不仅能改变种子形状和大小,还具有保护种子、促进逆境下种子萌发和幼苗生长的作用。从种子萌发到幼苗建植是作物生产周期中最为脆弱的生育阶段,利用种子丸粒化技术促进种子萌发、提升幼苗素质对作物增产具有重要意义。本文综述了种子丸粒化技术的发展过程,种子丸粒化的作用原理、工艺流程及质量检验标准;总结了丸粒化技术在蔬菜和花卉、粮食和经济作物、牧草和绿肥、药用作物、林木的应用现状,明确了各自的研究重点和难点。在此基础上,提出今后的研究需加强跨学科交流协同,利用基因组学、代谢组学等高新技术加强种子休眠和萌发的信号途径研究和信号分子提取,明确丸粒化种子萌发的环境阈值,关注专用型丸粒化物料和特异性丸粒化工艺的研发,建立健全丸粒化种子质量标准,评估种子丸粒化对环境的长期影响,以期为促进我国种子处理技术快速发展提供理论支持。

关键词：种子丸粒化加工工艺质量标准抗逆性

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膝关节翻修术的现状与未来

中华骨科杂志 2024年第4期44卷 199-202页

作者：裴福兴谢锦伟四川大学华西医院骨科成都610041

近十多年来,随着加速康复理念的提出、膝关节翻修假体及定制型垫块或假体的研制和应用,膝关节翻修术进入了快速发展的阶段。但关节外科医生因此面临新的临床挑战,即假体周围感染的可能。术前应全面检查排除感染,改善全身情况至最佳状态... 详细信息

近十多年来,随着加速康复理念的提出、膝关节翻修假体及定制型垫块或假体的研制和应用,膝关节翻修术进入了快速发展的阶段。但关节外科医生因此面临新的临床挑战,即假体周围感染的可能。术前应全面检查排除感染,改善全身情况至最佳状态;全面评估软组织、骨缺损类型和程度;选择合适的手术入路、骨重建策略及假体类型,最终恢复膝关节的力线、稳定性及活动度。未来需要关注膝关节翻修技术团队的建立,包括术前规划、3D打印、手术技术、加速康复围手术期管理;还应加强初次膝关节置换术的高质量管理,从根本上减少膝关节翻修率;更需要加强假体周围感染的防控措施与假体周围骨折的预防,以及建立高质量的随访体系。

关键词：假体周围骨折假体相关感染术后加速康复膝关节翻修

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水平肋板对高层建筑气动特性的影响研究

西南交通大学学报 2024年

作者：蒋媛刘锦阳回忆刘锐中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司重庆交通大学河海学院重庆大学土木工程学院

为分析高层建筑上外伸肋板的抗风工作机理，利用大涡模拟（LES）评估大气边界层来流下水平肋板对高层建筑的流场和风荷载的影响，对比了不同类型水平肋板的抗风效果。结果表明：水平肋板明显抑制了侧风面分离涡的形成，并拉长了尾涡；... 详细信息

为分析高层建筑上外伸肋板的抗风工作机理，利用大涡模拟（LES）评估大气边界层来流下水平肋板对高层建筑的流场和风荷载的影响，对比了不同类型水平肋板的抗风效果。结果表明：水平肋板明显抑制了侧风面分离涡的形成，并拉长了尾涡；肋板会显著抑制建筑附近的竖向流，并在其附近诱导形成局部旋涡，最终导致近壁流动形式明显变化；流场的变化会影响风压分布和风荷载，水平肋板使建筑表面平均风压系数沿高度呈“之”字形分布，水平板明显降低侧壁面上平均和脉动风压，最大降幅分别约为20%和17%；对总荷载而言，水平肋板对平均阻力无明显影响，但能明显降低建筑上的脉动升力，最大降幅为27%；肋板的布置形式对气动特性的影响也明显差异，连续水平板通过改变近壁流、涡结构来影响风压分布和风荷载，而间隔水平板对风荷载的影响相对较弱。

关键词：高层建筑水平肋板大涡模拟流场气动力

微多孔铜表面参数对自驱射流强化池沸腾的影响

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化工进展 2024年

作者：许锦阳洪芳军张朝阳上海交通大学巴黎卓越工程师学院上海交通大学机械与动力工程学院

为强化池沸腾性能，本文基于一种适用于实际池沸腾强化的自驱射流冲击装置，使用R1336mzz(Z)作为工质，微多孔铜表面为加热表面，实验研究了自驱射流装置对沸腾性能的影响，并参数化研究了微多孔表面制备特征对池沸腾性能的影响，如烧... 详细信息

为强化池沸腾性能，本文基于一种适用于实际池沸腾强化的自驱射流冲击装置，使用R1336mzz(Z)作为工质，微多孔铜表面为加热表面，实验研究了自驱射流装置对沸腾性能的影响，并参数化研究了微多孔表面制备特征对池沸腾性能的影响，如烧结过程中的铜粉粒径尺寸(43μm、66μm、101μm)以及微多孔层厚度与粒径尺寸之比(4、6、10)。研究结果表明，自驱射流装置的置入确保了液体对表面的持续供给以及促进了气泡的脱离，从而有效增强了微多孔铜表面的临界热流密度(CHF)。然而，自驱射流的存在会对沸腾产生抑制作用，从而造成换热性能的轻微恶化，且抑制程度强弱与铜粉粒径尺寸大小呈正相关、与厚度与粒径之比大小呈负相关。参数化研究结果显示，沸腾换热性能随粒径增大而增大、随厚度与粒径之比增大先增大后降低。微多孔铜表面吸液能力均随铜粉粒径以及厚度与粒径之比的增加而提升，并且大部分情形下，搭配自驱射流装置与否，均不会影响其与CHF的线性正相关。但是，当粒径尺寸为101μm时，自驱射流装置会放大其过小的毛细力所带来的润湿劣势，进而造成CHF的偏低。与非微多孔铜表面的标准池沸腾性能相比，本研究的CHF和hNB@CHF提升幅度分别可达189.2%和337.5%，最佳为CHF=72.0W·cm-2以及hNB@CHF=87.5kW·m-2·K-1。

关键词：传热相变池沸腾汽液分离介电液体烧结多孔介质