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采用递归图编码技术与残差网络的滚动轴承故障诊断

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西安交通大学学报 2023年第2期57卷 110-120页

作者：张龙胡燕青赵丽娟张号王晓博文培田华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室南昌330013

针对传统故障诊断方法未充分挖掘故障信号的时间序列间关联性特征的问题,将递归图编码技术引入故障诊断领域,提出了递归图编码技术与残差网络的滚动轴承故障诊断模型。采用递归图编码方式将振动信号转换为增强信号特征的二维纹理图像;... 详细信息

针对传统故障诊断方法未充分挖掘故障信号的时间序列间关联性特征的问题,将递归图编码技术引入故障诊断领域,提出了递归图编码技术与残差网络的滚动轴承故障诊断模型。采用递归图编码方式将振动信号转换为增强信号特征的二维纹理图像;将这些特征图像输入残差网络中,结合残差网络对二维图像数据优秀的自适应特征提取能力,对滚动轴承进行故障诊断。使用凯斯西储大学轴承数据集和某局机务段采集的真实机车轴承数据进行试验验证,结果表明:所提模型对轴承故障诊断的识别准确率为99.99%和99.83%;在输入不同的数据长度和变工况的试验中,所提模型均保持了良好的故障诊断效果;对比其他常见的故障诊断方法,所提模型拥有更好的泛化性能和识别准确率。

关键词：滚动轴承故障诊断时间序列递归图残差网络

多通道信息融合与深度迁移学习的旋转机械故障诊断

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中国机械工程 2023年第8期34卷 966-975页

作者：张龙胡燕青赵丽娟张号华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室南昌330013

针对单通道信号特征信息不充分的问题,提出了一种多通道信息融合与深度迁移学习的旋转机械故障诊断方法。首先使用小波变换将多传感器采集的一维信号生成多幅时频图,然后将时频图信息融合为多通道图像,最后将预训练的深度残差网络作为... 详细信息

针对单通道信号特征信息不充分的问题,提出了一种多通道信息融合与深度迁移学习的旋转机械故障诊断方法。首先使用小波变换将多传感器采集的一维信号生成多幅时频图,然后将时频图信息融合为多通道图像,最后将预训练的深度残差网络作为迁移模型对旋转机械进行故障诊断。圆柱滚子轴承、某局机务段机车轴承和齿轮箱数据集的识别准确率分别为99.23%、99.78%和99.50%,凯斯西储大学轴承数据集的跨工况迁移试验识别准确率达93.12%,这表明所提方法具有一定的优越性和可扩展性。

关键词：故障诊断旋转机械多通道信息融合深度迁移学习

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基于振幅放大机制的浮置板轨道低频轻质减振

土木工程学报 2024年第5期57卷 117-132页

作者：杨舟冯青松成功张凌华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室江西南昌330013

为探讨在浮置板轨道低频振动控制中实现轻质减振和有效减振兼容的可行性,基于振幅放大机制,设计一种杠杆式动力吸振器(LT-DVA)。采用能量泛函变分法建立了配置有LT-DVA的钢弹簧浮置板轨道动力分析模型,以轨道结构的力传递率、位移导纳... 详细信息

为探讨在浮置板轨道低频振动控制中实现轻质减振和有效减振兼容的可行性,基于振幅放大机制,设计一种杠杆式动力吸振器(LT-DVA)。采用能量泛函变分法建立了配置有LT-DVA的钢弹簧浮置板轨道动力分析模型,以轨道结构的力传递率、位移导纳为评价指标,通过与普通动力吸振器(DVA)进行对比验证LT-DVA的有效性。在此基础上,利用多频控制的思路,在浮置板上引入多个杠杆式动力吸振器(LT-MDVA),以实现宽频控制、高衰减的效果。进一步考虑列车荷载的作用,分析验证动态轮轨力作用下LT-MDVA的低频隔振性能以及对轨道结构动力响应的影响。结果表明:由于振幅放大机制(振幅放大系数为α)的有益效果,LT-DVA的有效惯性质量、刚度、阻尼是同参数DVA的α^(2)倍,即工作能力是DVA的α^(2)倍;在LT-DVA的基础上,LT-MDVA能够有效拓宽振动衰减频段且提升振动衰减能力;相较于普通钢弹簧浮置板轨道,在动态轮轨力作用下,质量比仅为0.02的LT-MDVA不仅能够有效减小传递至下部基础的力(最大衰减约7.5dB),还能有效减小轨道结构的响应(钢轨和浮置板振动最大衰减约7.2dB和7.1dB),抑制浮置板轨道的振动放大现象,而同参数的MDVA几乎没有效果,证明了LT-MDVA能够在浮置板轨道低频振动控制中实现轻质减振和有效减振兼容。

关键词：浮置板轨道低频振动振幅放大轻质减振动力吸振器

基于概率切片累积特征的轴承双向传感器信息融合故障诊断

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计算机集成制造系统 2023年第8期29卷 2722-2732页

作者：张龙刘杨远唐晓红张号肖乾赵丽娟华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室江西南昌330013

针对采集的轴承振动信号易受环境的影响而导致存在许多不确定性因素的现实情况,采用一种基于概率切片累积特征的轴承双向传感器信息融合故障诊断方法实现对轴承故障的定性分析。首先利用概率盒理论(P-box)将来自水平和垂直方向传感器的... 详细信息

针对采集的轴承振动信号易受环境的影响而导致存在许多不确定性因素的现实情况,采用一种基于概率切片累积特征的轴承双向传感器信息融合故障诊断方法实现对轴承故障的定性分析。首先利用概率盒理论(P-box)将来自水平和垂直方向传感器的时域信号分别进行概率盒建模,从而减小认知不确定性带来的消极影响并充分提取多方位振动信号中故障信息;然后提取模型概率切片累积特征输入到构建的双通道并行卷积神经网络(PCNN)自适应训练,在此基础上通过在网络的全连接层之前添加一个融合层进行双向特征信息融合;最后利用归一化指数函数实现故障部位的辨识。某铁路局机务段轮对轴承数据分析结果表明,所采用方法在应对故障程度不均衡数据集时仍具有较高的准确性和稳定性,且在不同噪声条件下具有一定的鲁棒性。

关键词：双向传感器信息融合认知不确定性概率切片累计特征双通道并行卷积神经网络故障程度不均衡数据集

基于迭代RMSE法的约束阻尼板动力特性分析

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西南交通大学学报 2023年第6期58卷 1311-1317,1431页

作者：刘全民叶孝意宋立忠孙逸飞刘林芽华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室江西南昌330013

忽略约束阻尼结构阻尼层黏弹性材料虚刚度及参数频变特性会对计算该结构模态损耗因子带来误差.本文在修正模态应变能法(RMSE法)的基础上,结合迭代算法,分析了黏弹性材料虚刚度及参数频变特性对约束阻尼板的振型、固有频率和模态损耗因... 详细信息

忽略约束阻尼结构阻尼层黏弹性材料虚刚度及参数频变特性会对计算该结构模态损耗因子带来误差.本文在修正模态应变能法(RMSE法)的基础上,结合迭代算法,分析了黏弹性材料虚刚度及参数频变特性对约束阻尼板的振型、固有频率和模态损耗因子的影响,探讨了约束阻尼板阻尼层厚度和约束层厚度对结构模态损耗因子的影响规律.分析结果表明:本文方法计算的固有频率和模态损耗因子与相关文献中的试验实测值吻合良好;不考虑黏弹性材料参数频变特性,各阶模态振型形状基本不变,但部分振型的相位相反;阻尼层剪切模量直接影响到结构固有频率,忽略其频变特性会导致在低阶时计算结果偏大17.2%,高阶时偏小7.6%;低阶模态时,忽略黏弹性材料频变特性的模态损耗因子误差最大可到56.0%;约束阻尼板模态损耗因子随阻尼层厚度增加而增大,随约束层厚度增加先增大后减小.

关键词：约束阻尼板迭代法固有频率振型模态损耗因子

一种高精度轨道单元及其在车辆-轨道耦合系统的应用

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铁道学报 2023年第12期45卷 112-122页

作者：刘林芽崔巍涛秦佳良左志远华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室江西南昌330013

轨道系统的精确仿真对于车辆-轨道系统动力学研究具有重要意义。基于有限元理论,提出一种高精度的考虑扣件分布支承式的三层轨道单元模型并推导其质量、刚度和阻尼矩阵,运用Lagrange方程建立车辆-轨道耦合动力学方程,并提出一种显-隐式... 详细信息

轨道系统的精确仿真对于车辆-轨道系统动力学研究具有重要意义。基于有限元理论,提出一种高精度的考虑扣件分布支承式的三层轨道单元模型并推导其质量、刚度和阻尼矩阵,运用Lagrange方程建立车辆-轨道耦合动力学方程,并提出一种显-隐式积分算法进行数值计算,提高了计算效率。将该模型与传统的扣件集中支承式轨道模型进行比较,研究扣件分布支承与支承长度对车辆-轨道耦合系统振动的影响。结果表明,扣件集中支承式轨道模型会高估轮轨之间的相互作用力以及轮对和钢轨的垂向振动,放大钢轨“pinned-pinned”频率附近的振动响应,扣件分布支承式轨道模型可以在时域和频域提供更精确的振幅结果;可以通过增加扣件胶垫支承长度来减轻轮轨相互作用及轨道结构的振动;采用建立的车辆-轨道耦合模型以及显-隐式积分算法可以在降低计算成本的情况下给出更为准确的结果。

关键词：轨道单元扣件胶垫分布支承耦合动力学支承长度

Q960D高性能钢疲劳裂纹扩展影响因素分析

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材料科学与工程学报 2024年

作者：肖林发林恒王永祥陈华鹏华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室

为研究Q960D国产高性能钢疲劳裂纹扩展行为，采用CT紧凑拉伸试样数值分析了若干关键参数对疲劳裂纹扩展的影响规律。首先，基于数值模拟的疲劳裂纹扩展长度、循环次数、应力强度因子值与试验数据对比，发现所建立有限元模型有较好的吻... 详细信息

为研究Q960D国产高性能钢疲劳裂纹扩展行为，采用CT紧凑拉伸试样数值分析了若干关键参数对疲劳裂纹扩展的影响规律。首先，基于数值模拟的疲劳裂纹扩展长度、循环次数、应力强度因子值与试验数据对比，发现所建立有限元模型有较好的吻合度。随后，结合断裂力学理论以及围线积分，得到了循环次数与裂纹扩展长度之间的关系，并求出了对应的应力强度因子，揭示了载荷、应力比、试样厚度、裂纹深度比、初始裂纹角度和腐蚀坑对该高性能钢裂纹扩展过程中应力强度因子的影响。结果表明：载荷越大，裂纹扩展速率越大。应力比、试样厚度越大，裂纹扩展速率越小，但是疲劳寿命增加。裂纹深度比越大越容易发生断裂，工程实际中应多关注有效裂纹长度。初始裂纹角度46°为应力强度因子突变的临界角，初始裂纹角度为0°时裂尖的应力最大，最容易发生断裂。在有腐蚀坑的情况下，蚀坑周围的K值沿厚度方向逐渐减小，腐蚀坑周围的裂纹尖端将先达到屈服状态，加速诱发试件疲劳断裂，最终导致寿命降低。

关键词：桥梁工程高性能钢疲劳裂纹数值模拟应力强度因子

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同方期刊数据库

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时速120 km地铁轨道几何不平顺谱研究

铁道标准设计 2024年

作者：陈小芳徐金辉刘庆杰赖新生华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室

目前轨道不平顺谱作为描述、分析、评价轨道平顺状态的最有效工具，其研究大多以高速铁路为主，且涉及城市地铁轨道的研究多是时速100 km以下。基于时速120 km的广州地铁线路轨检数据，首先进行轨道检测数据的预处理，分析轨道不平顺的... 详细信息

目前轨道不平顺谱作为描述、分析、评价轨道平顺状态的最有效工具，其研究大多以高速铁路为主，且涉及城市地铁轨道的研究多是时速100 km以下。基于时速120 km的广州地铁线路轨检数据，首先进行轨道检测数据的预处理，分析轨道不平顺的数字特征；其次，采用Welch法估计轨道不平顺功率谱，并分析各项不平顺轨道谱的特征；最后，利用最小二乘法对轨道谱进行拟合分析，确定轨道谱拟合表达式及拟合特征系数。研究结果表明：（1）各地铁线路轨道整体满足平稳或弱平稳状态，各项不平顺的概率分布函数拟合曲线近似服从均值为0的正态分布；（2）轨距和水平不平顺整体平顺性状态较好，而地铁线路2存在大量周期不平顺，且轨道谱尖峰值对应波长是以25 m为基频的整数倍，这与25 m钢轨焊接接头以及钢轨弯曲变形有关；（3）由于30m跨长的桥梁影响，在波长30m左右，地铁线路2的高低和轨向不平顺谱均出现较大尖峰值；（4）通过多次试算得出的消峰处理算法对各项不平顺谱同等适用，同时提高了轨道不平顺谱拟合度；（5）基于非线性最小二乘法拟合轨道谱，提出的6阶多项式函数能很好表征时速120 km的地铁轨道谱特性。研究成果为高速度等级的地铁线路轨道状态评估与养护维修提供理论参考。

关键词：地铁轨道不平顺平稳性正态性消峰处理轨道谱多项式拟合

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增量加卸荷作用下砂岩破坏与声发射特征研究

铁道科学与工程学报 2022年第6期19卷 1605-1615页

作者：王俊于洋丁佳玮刁心宏华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室江西南昌330013

在公路隧道的施工和运营阶段,岩体经常会受到反复加卸荷的作用。为探究反复加卸荷作用下软岩的强度劣化趋势及声发射特征规律,通过室内单轴反复加卸荷试验配合声发射监测,研究砂岩在不同反复加卸荷条件下的变形、破坏和声发射特征。结... 详细信息

在公路隧道的施工和运营阶段,岩体经常会受到反复加卸荷的作用。为探究反复加卸荷作用下软岩的强度劣化趋势及声发射特征规律,通过室内单轴反复加卸荷试验配合声发射监测,研究砂岩在不同反复加卸荷条件下的变形、破坏和声发射特征。结果表明:增量反复加卸荷作用下砂岩的破坏形式与其常规单轴的破坏形式具有关联性,主要以剪切破坏形式为主,破碎程度有所提高。在增加保载作用之后,砂岩破裂面变得圆润光滑;反复加卸荷作用下砂岩强度较单轴抗压强度提高了6.8%,增加保载作用后提高了9%;砂岩在反复加卸荷作用下,其扩容应力无明显变化且仍表现出弹塑型破坏特征。在增加保载作用之后,砂岩的滞后变形特征明显;砂岩在峰值应力水平46%~62%之间Kaiser效应明显,在70%以后Felicity效应明显,且FR能较好地量化岩石损伤演化的过程。在增量反复加卸荷过程中,随着加载次数的增加,FR呈现出先增大后减小的规律。根据FR突然降低时的加载应力,可以判断岩石的裂缝损伤应力所处的范围,可为预警岩石破坏提供应用。研究结果可为实际岩石工程中岩体在受到循环反复加卸荷作用下的长期稳定性的评价提供试验参考和理论依据。

关键词：公路隧道反复加卸荷砂岩声发射 Felicity效应