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基于神经网络和稳健估计的风电机组状态监测

中国机械工程 2025年

作者：岳子桐李艳婷赵宇上海交通大学机械与动力工程学院

在风力发电机组的状态监测中，温度时序数据作为评估其运行是否稳定的关键指标，通常由SCADA(数据采集与监视控制)系统进行收集。本文提出了一种利用温度数据来实现更加稳健的风电机组状态监测的新方法。为了解决传统预测模型存在的收... 详细信息

在风力发电机组的状态监测中，温度时序数据作为评估其运行是否稳定的关键指标，通常由SCADA(数据采集与监视控制)系统进行收集。本文提出了一种利用温度数据来实现更加稳健的风电机组状态监测的新方法。为了解决传统预测模型存在的收敛速度慢的问题，本研究采用了卷积神经网络(CNN)与双向门控循环单元(BiGRU)相结合的网络结构，并引入了一种新颖的优化算法——长鼻浣熊优化算法(COA)，以改善温度预测模型的训练效果。此外，考虑到在实际操作环境中传统控制图存在较高的假警报率这一问题，本文提出了一种结合中位数估计(MED)与最小正则化加权协方差行列式估计(MRWCD)的策略，用于残差向量的稳健性监测。基于这些改进，本文建立了一个多元指数加权移动平均控制图。该方法在中国华东地区某一风电场的应用案例表明，相较于传统的监测手段，本文提出的新方法能够显著减少误报的情况，并且在风电机组的状态监测过程中提供了更高的可靠性与稳定性。

关键词：风电机组状态监测卷积神经网络-双向门控循环单元长鼻浣熊优化算法稳健检验统计量

创新型人才工程思维能力培养资源要素建设机制

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高等工程教育研究 2025年第02期 48-54页

作者：孟雁陈璐刘孟奇上海交通大学机械与动力工程学院

工程思维能力的培养是创新型人才培养的关键，本文从师资队伍、科研资源、社会资源三个方面，定义工程思维能力培养的资源要素模型，并在此基础上分析了各类资源要素的建设机制，为创新型工程人才培养提供了有针对性的操作方案。

关键词：工程思维资源要素产出导向机制建设

基于等效面源的大体积箱式废物γ扫描技术研究

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核技术 2025年第2期48卷 64-71页

作者：徐力顾卫国杨桧王德忠上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

核设施退役产生的大体积箱型废物核素分布极不均匀,基于传统层析γ扫描(Tomographic Gamma Scanning,TGS)技术对其进行活度测量,误差可达6个数量级,难以安全处置。本研究通过提出新型的γ扫描方法,建立重建算法模型,形成基于等效面源的... 详细信息

核设施退役产生的大体积箱型废物核素分布极不均匀,基于传统层析γ扫描(Tomographic Gamma Scanning,TGS)技术对其进行活度测量,误差可达6个数量级,难以安全处置。本研究通过提出新型的γ扫描方法,建立重建算法模型,形成基于等效面源的改进型层析γ扫描技术(Improved Tomographic Gamma Scanning,ITGS)。该方法基于不同γ扫描位置的计数率比值,计算出废物箱内核素的基本分布,最后结合效率刻度得到精准的活度重建结果。对废物箱内60Co核素不同的放射源分布开展γ扫描实验,发现了核素分布与测量参数对重建结果的影响规律,验证了方法的准确性。模拟测试结果表明:更深入的放射源位置或者更大的介质密度,都会增加活度重建的误差。在相同的测量时间内,ITGS可将测量误差可控制在一个数量级内。该方法通过合理布置测量系统对放射性废物箱进行活度重建,可以在核素分布不均匀以及高密度介质等复杂工况下取得较高的重建精度,减少了废物处置对人类和环境带来的安全隐患。

关键词：层析γ扫描等效面源方法大体积放射性箱体废物

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基于遗传算法的复杂管路智能断管方法

机械设计与研究 2025年第01期 63-68页

作者：章伯滨时轮汪华苗何其昌上海交通大学机械与动力工程学院

管路断管是机电产品管路设计的关键步骤，传统人工断管方法效率低、成本高。为降低断管制造成本并提升设计效率，提出一种基于遗传算法的复杂管路智能断管方法，以某船型涂塑管路验证该方法的可行性。基于管段类型，对复杂管路路径进行... 详细信息

管路断管是机电产品管路设计的关键步骤，传统人工断管方法效率低、成本高。为降低断管制造成本并提升设计效率，提出一种基于遗传算法的复杂管路智能断管方法，以某船型涂塑管路验证该方法的可行性。基于管段类型，对复杂管路路径进行离散化建模，构建包含直管段、弯管段与支管段的管路路径表达式；分析领域断管规则，建立了以管段平均长度、管段均匀性、标准件使用量为优化目标的断管多目标优化模型，利用遗传算法进行求解；以某船舶涂塑管路断管为例，构建包含加工制造规则、安装维护规则与低成本规则组成的评判标准，比对智能断管方法与人工断管的结果，验证该方法的有效性。该智能断管方法为管路智能设计领域提供了一种新思路。

关键词：复杂管路管路断管多目标优化遗传算法

涡轮叶片复合冷却内外部流动的磁共振测速和湍流模型评估

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推进技术 2025年

作者：蔡宇宙曾伟赖佑奎欧阳华马海腾上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学中英国际低碳学院

涡轮叶片复合冷却结构复杂，激光诊断难以测量其内外流场。本文通过磁共振测速（MRV）获取了GE-E3叶片的内外耦合流场，并基于RANS进行数值计算。结果表明：MRV捕捉到主流通道的内外流掺混，前缘冲击-气膜的冲击孔初步加速及气膜孔进一... 详细信息

涡轮叶片复合冷却结构复杂，激光诊断难以测量其内外流场。本文通过磁共振测速（MRV）获取了GE-E3叶片的内外耦合流场，并基于RANS进行数值计算。结果表明：MRV捕捉到主流通道的内外流掺混，前缘冲击-气膜的冲击孔初步加速及气膜孔进一步加速，以及蛇形弯道的分离流动等特征，并观察到通道涡以及分离涡结构。基于所测速度场评估仿真结果，发现SST k-ω和RNG k-ε的速度场特征均与MRV定性吻合，但SST k-ω对通道涡和分离涡的预测更接近MRV。此外，SST k-ω和RNG k-ε的反正切绝对百分比误差（AAPE）的全流场平均值分别为14%和16%，其差异主要由于SST的计算模型预测蛇形弯道以及尾缘劈缝扰流柱的分离区域更具优势。

关键词：涡轮叶片磁共振测速叶片流动与冷却流动可视化湍流模型评估

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基于三点法的垂直轴风力机动态失速特性研究

热能动力工程 2025年第1期40卷 121-131页

作者：武婧艺石磊竺晓程上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

针对垂直轴风力机固有的非定常流动特性,以及在小尖速比下的动态失速问题,基于三点法对垂直轴风力机流场进行数值模拟,分析在尖速比为3.35,2.65,2.25和1.85时,垂直轴风力机不同周向位置处的有效攻角以及升、阻力系数等气动参数,并与名... 详细信息

针对垂直轴风力机固有的非定常流动特性,以及在小尖速比下的动态失速问题,基于三点法对垂直轴风力机流场进行数值模拟,分析在尖速比为3.35,2.65,2.25和1.85时,垂直轴风力机不同周向位置处的有效攻角以及升、阻力系数等气动参数,并与名义攻角、多流管法获得的有效攻角进行对比。结果表明:垂直轴风力机在旋转过程中,叶片载荷呈周期性变化;三点法能够成功提取叶片在不同周向方位下计及诱导速度的有效攻角;动态失速开始的相位角在80°~105°之间,尖速比减小会导致失速提前、有效攻角和升力系数增大、阻力系数增加且升阻比减小;在小尖速比λ=1.85时,叶片表面在较近周向方位处发生流动分离,形成大尺度的旋涡结构,有效攻角曲线在120°附近有凸起;在下游时叶片受到上游尾流脱落涡的影响,叶片升、阻力系数表现出更复杂的迟滞效应,气动力系数迟滞环所包含的范围更大。

关键词：垂直轴风力机动态失速有效攻角三点法

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微通道并联耦合TEC的激光器散热系统研究

低温工程 2025年第1期 58-64页

作者：赵汶桢全晓军李思雨王丹上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

为解决高温环境下激光器芯片温度过高、散热结构复杂笨重的难题,采用热电制冷片(TEC)与微通道结构并联耦合的全新冷却模式,由微通道负责主要散热,TEC进行横向辅助散热。利用Fluent数值模拟,系统研究了TEC的安装高度、空腔结构尺寸(高度... 详细信息

为解决高温环境下激光器芯片温度过高、散热结构复杂笨重的难题,采用热电制冷片(TEC)与微通道结构并联耦合的全新冷却模式,由微通道负责主要散热,TEC进行横向辅助散热。利用Fluent数值模拟,系统研究了TEC的安装高度、空腔结构尺寸(高度、宽度),以及TEC输入功率对激光散热系统的影响。结果表明:在芯片热流密度为869.57 kW/m2,冷却水温40℃的条件下,微通道并联耦合TEC结构相比单一结构,能更有效地降低芯片高温。特别地,当TEC输入功率为50 W时,制冷效果最佳,芯片均温下降1.13℃;此外,TEC安装高度为5 mm时表现最优,而空腔结构与微通道齐平则能最大化TEC的制冷效果。

关键词：热电制冷数值模拟最优工况激光器散热

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横纵向耦合跟车场景下基于多智能体深度强化学习的混合动力车队协同能量管理研究

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机械工程学报 2025年第2期61卷 236-246页

作者：唐小林甘炯鹏张振果重庆大学机械与运载工程学院重庆400044 上海交通大学机械与动力工程学院上海200024

为了探索多智能体深度强化学习算法在混合动力汽车多目标协同控制中的应用,提出了一种基于多智能体深度确定性策略梯度算法的混合动力车队协同能量管理策略。首先,利用交通仿真软件搭建横纵向耦合跟车场景,以模拟车联网环境实现对车辆... 详细信息

为了探索多智能体深度强化学习算法在混合动力汽车多目标协同控制中的应用,提出了一种基于多智能体深度确定性策略梯度算法的混合动力车队协同能量管理策略。首先,利用交通仿真软件搭建横纵向耦合跟车场景,以模拟车联网环境实现对车辆信息的准确获取。其次,设计了包含横向变道及纵向跟车的基于规则及网格搜索的横纵向耦合跟车策略,以实现更高的通行效率。最后,利用多智能体深度确定性策略梯度算法设计混合动力车队自适应协同能量管理策略,实现车队整体效益最大化,并通过随机车流初始位置获取随机车队需求功率序列,从而增加策略训练的随机性,提高策略对不同工况的适应性。结果表明,多智能体的车队协同能量管理策略与单智能体相比拥有更好的整体优化效果,并且经随机工况训练后,其工况适应性得到了一定的提升。

关键词：横纵向耦合跟车多智能体深度强化学习混合动力车队协同能量管理

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用于钛合金深腔加工的复合减振刀杆研究

航空制造技术 2025年第05期 100-106页

作者：卢立成李军利刘钢安庆龙上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海交通大学机械与动力工程学院

钛合金材料广泛应用于航空零件加工，然而在钛合金零件的深腔铣削过程中，大长径比刀杆会发生振动现象。针对大长径比刀杆加工出现的振动问题，首先基于Euler-Bernoulli梁理论建立了铣刀的动力学模型，分析出影响刀杆动态性能的参数。... 详细信息

钛合金材料广泛应用于航空零件加工，然而在钛合金零件的深腔铣削过程中，大长径比刀杆会发生振动现象。针对大长径比刀杆加工出现的振动问题，首先基于Euler-Bernoulli梁理论建立了铣刀的动力学模型，分析出影响刀杆动态性能的参数。基于参数分析，设计4种芯轴模型，通过分析得出最佳芯轴。随后建立刀杆整体模型，对传统金属刀杆和复合减振刀杆进行有限元分析，对比静刚度、固有频率和动刚度，分析减振刀杆本身特性。结果表明，减振刀杆的静态刚度提升62%，一阶固有频率提升21%，动刚度提升135%。针对两种刀杆对零件的加工表面粗糙度进行试验，得出所设计的复合减振刀杆粗糙度降低了45.3%。设计的复合减振刀杆具有一定的工程意义和学术价值，为大长径比加工刀具设计提供了一定的指导。

关键词：减振刀杆复合结构动态特性有限元分析钛合金