基于迁移学习图像识别的桥梁监测数据异常检测方法

为了改善桥梁结构健康监测数据多模式异常检测难以全覆盖的问题,提出了基于迁移学习图像识别技术的数据异常检测方法。首先,绘制结构应变和温度数据时程图,统计分析数据日周期变化规律,并标记异常类型作为训练集;通过图像仿射变换实现数据增强,减少网络对不平衡数据集的过拟合。其次,以AlexNet预训练网络为基础,选择迁移学习策略,建立多个对比模型用于分析不同优化算法、初始学习率、Dropout取值和结构轻量化对网络识别结果的影响;以模型分类准确率、训练速率和内存需求作为评价指标,获得性能优越的监测数据异常检测深度网络模型,模型对试验数据的异常分类准确率可达95.5%,体量可缩减94.7%。最后,基于优化模型编译数据异常检测模块,并以某斜拉桥一个月的监测数据为例进行验证,验证集准确率为98.0%。所提方法准确率高、计算速度快、内存需求小,方便应用于桥梁健康监测数据预处理平台。

列车制动盘散热特性分析及拓扑优化

针对紧急制动工况下制动盘散热问题,采用计算流体力学分析方法对某型通风式制动盘进行了散热特性研究。对制动盘内部流道速度场和对流换热等进行评估,在此基础上,采用由N-S方程与达西定律耦合成的Brinkman方程拓扑优化,实现制动盘散热能力提升的优化目标。结果表明:优化后的模型在整个制动工况中散热量提高了13.46%。

重大节假日出行方式选择模型研究

为优化节假日高速公路免费政策,选取出行者变量、出行方式相关变量和行程特性变量作为效用变量,构建了出行方式位于上层、出行距离位于下层的NL模型。利用弧弹性法分析不同收费标准和收费里程条件下出行者的行为特性,并利用场景仿真评价多种收费组合对出行方式的影响。研究结果表明:提高收费标准,汽车出行比例会显著降低,且高速铁路承担了大部分的转移交通量。随着收费里程的增加,出行者逐渐倾向于出行成本较小的普通铁路。对长距离出行收费可以提升公共交通分担率,缓解节假日高速公路的交通拥堵。

高速动车组车体整备垂弯频率优化研究

提出采用2种不同方法对高速动车组进行模态分析研究。以车体各个部件厚度参数为设计变量进行模态及质量的灵敏度分析,研究不同部件厚度对车体一阶垂弯频率的影响规律,并筛选8个部件作为最终设计变量,建立优化数学模型;以车体与车下主要设备连接处弹性元件的刚度参数为设计变量进行响应面分析,研究弹性元件刚度对车体一阶垂弯频率的影响规律,并对弹性元件刚度进行优化。结果表明:2种方法均取得了一定的效果,基于灵敏度分析的部件优化,使车体整备一阶垂弯频率提升了4.88%;基于响应面分析的弹性元件优化,使车体整备一阶垂弯频率提升了28.05%,大于相关标准中规定的10Hz,优化效果明显。

摆线齿轮磨齿加工变形有限元分析

为研究摆线齿轮磨齿加工过程中的变形规律,基于单颗磨粒磨削力的数学模型,对摆线齿轮齿槽施加单颗磨粒法向力和切向力,建立摆线齿轮磨齿加工变形有限元模型,研究磨削过程变形规律及不同的磨削速度、磨削深度及轴向进给速度对摆线齿轮的变形影响。结果表明:在磨削同一齿槽内,随着砂轮的进给,产生的变形量由大减小再增大,当砂轮刚切入齿槽时产生的变形量最大为2.29μm,当砂轮进给到齿槽1/2处时产生的变形量最小为2.01μm,当砂轮进给到即将离开齿槽时变形量逐渐上升为2.25μm。当磨削速度、磨削深度和轴向进给速度分别在50~65 m/s、20~50μm、1 500~7 500 mm/min范围内时,摆线齿轮磨齿加工变形量随磨削深度和轴向进给速度的增大而增大,随磨削速度的增大而逐渐下降,产生的最大变形量为2.29μm,最小变形量为1.04μm。

基于混合单元建模的大型中空薄壁铝合金焊接仿真分析

为解决大型结构件焊接仿真时实体单元模型计算效率较低及壳体单元模型计算精度较差的问题,采用混合单元建立有限元模型,分析并确定实体与壳体单元的选定边界,利用混合单元建模方法构建大型中空薄壁铝合金结构件焊接仿真模型,将结果与实体单元模型仿真结果进行对比,分析适用于大型中空薄壁铝合金焊接结构件的混合单元连接方式。结果表明,板壳单元与实体单元的划分位置在垂直于焊接线方向18 mm处,采用绑定的连接方式构建混合预测模型所获得的温度与变形预测最为准确,预测误差分别为1.1%、8.6%;采用壳-实体耦合连接方式构建混合预测模型所获得的残余应力预测最为准确,预测误差为0.25%。实体单元模型的计算耗时约为混合单元模型的1.7倍。采用壳-实体耦合连接方式所提升的效率最高,相比纯实体单元的计算效率提升约41.6%。

表面完整性对制氢反应器材料耐腐蚀性影响

为研究某制氢反应器用钢表面完整性对其耐腐蚀性的影响,基于制氢反应器所产生的酸性介质腐蚀工况,对某制氢反应器用钢开展静态腐蚀试验。分别分析了不同表面粗糙度、不同表面残余应力对某制氢反应器用钢腐蚀速率、腐蚀后表面粗糙度与拉伸性能衰退的影响规律,并从晶间应力等方面分析表面完整性对耐腐蚀性的影响。通过试验发现:粗糙度较大的试样随腐蚀时间增加腐蚀速率降低,当表面粗糙度Ra为0.05μm时试样腐蚀速率随腐蚀时间增加而增大;腐蚀后粗糙度较大的试样表面粗糙度增大,而较小的试样表面粗糙度减小;腐蚀后材料的力学性能出现随表面粗糙度先增大后减小的趋势;随试件表面残余应力增大,腐蚀速率出现先减小后增大的趋势;腐蚀后表面粗糙度随初始残余应力的增大而增大;当初始表面残余应力为-293 MPa时,试样腐蚀后力学性能相对较好。

永磁齿轮增速传动系统研究

基于磁场调制式永磁齿轮运行原理,提出了一种新型磁力增速齿轮传动系统,即将多个高转矩密度的磁场调制式永磁齿轮级联起来,使其成为具有过载保护、隔离冲击与振动且无须润滑等优点的高转矩密度的增速传动系统。通过有限元法详细分析了永磁齿轮增速传动系统中各组成部分的损耗产生机理及影响因素,并通过控制变量法对连接模块永磁齿轮的内外永磁体、调磁环、外转子轭铁等结构进行优化,使得整个增速系统效率提高至91.1%。

基于MOEA/D算法的三陷波超宽带天线设计

为实现超宽带通信中对WIMAX(3.3~3.7 GHz)、WLAN(5.150~5.825 GHz)和ITU(8.01~8.50 GHz)频段干扰的抑制,提出了一种基于MOEA/D算法优化设计的具有三陷波特性的超宽带天线。天线采用T形结构作为辐射贴片,通过改变贴片形状等方法实现在3~12 GHz的超宽带。在辐射贴片上刻蚀两个U形缝隙和在传输线两侧加载C形开口环,对天线进行陷波设计。利用MOEA/D算法对陷波结构的结构参数和加载位置进行优化,实现了在3.31~3.69 GHz、5.25~6.13 GHz和8.01~8.51 GHz频段的陷波效果,成功抑制了频段干扰。与传统扫频优化的设计方法相比,采用MOEA/D算法设计的天线在陷波频带内增益低至-19 dB,各陷波频带准确度误差均在3.6%以下,提高了天线的设计效率,具有一定的工程应用价值。

变频供电对异步电机电磁噪声的影响

针对某三相异步电机变频供电时,电机噪声明显增大且出现刺耳高频声的情况,利用数值仿真软件建立了电机磁场、振动和噪声模型,计算和分析了变频供电对电机定子电流、径向电磁力、电机振动和噪声的影响。研究发现,变频器供电时,电机定子电流在基波之外增加了基波的谐波分量和载波与谐波相互作用的频率分量,载波引起的电流分量增加了电磁力波的高阶分量,在研究频率范围内(个别频率除外),相比于正弦供电,电机振动速度增大至1.08~131.4倍,声压级增大了2.6~42.6dB。

基于不同标准的煤炭漏斗车车体焊缝疲劳寿命研究

利用接触非线性分析技术,基于AAR标准的名义应力法和ASME标准的结构应力法研究煤炭漏斗车车体焊缝的疲劳问题。首先,建立漏斗车重载车体强度分析模型,利用修正D-P本构模型的实体单元模拟散粒煤、接触单元模拟散粒煤与车体结构的作用,并通过主要载荷作用下车体静强度试验结果验证车体仿真分析结果,应力最大误差小于15%。其次,运用名义应力法,在标准和实测载荷谱下分析车体焊缝疲劳寿命,结果表明:端墙与端漏斗板焊缝寿命最短,为2.72×10^(6)km;基于标准纵向载荷谱的焊缝寿命小于基于实测的计算结果,表明标准的纵向载荷谱相对恶劣。最后,在标准中100t漏斗车重车心盘载荷谱和实测纵向载荷谱下运用结构应力法对车体焊缝进行应力与寿命分析。结果表明:基于结构应力法的焊缝疲劳寿命不及基于名义应力法的疲劳寿命,主要原因是结构应力法的疲劳性能参数适用于各类接头形式,且分析承载复杂焊缝时考虑了面内剪切结构应力的影响。因此,对接头几何形状和应力状态复杂的车体从板座及底架区域的焊缝建议采用结构应力法对其进行疲劳寿命分析。

自动钻铆末端双目高精定位系统设计

设计了基于自动钻铆末端的双目高精定位系统。首先对视觉定位需求进行分析,设计双目视觉系统结构参数,基于视觉光源去除复合材料背景纹理;其次对轮廓进行提取拟合,预处理标定后结合ESPCN和Canny算子进行亚像素边缘提取,利用改进最小二乘法拟合计算圆心坐标;最后对视觉定位系统进行精度验证。结果表明:平面定位误差小于0.02mm,深度定位误差小于0.04mm,满足钻铆机器人的视觉测量要求。

磁悬浮列车升力翼翼型及结构参数对其气动特性影响

磁悬浮列车加装串列升力翼可以减轻列车的净重并使其能耗有所降低,但在铁路限界和车顶有其他装置的约束下,串列升力翼的布置受到很大限制。为提升升力翼的气动性能,设计了适用于高速磁悬浮列车的6种常用低速大升力翼的翼型,对其气动性能进行了数值仿真,探讨了翼型对升力、升力系数、升阻比等性能参数的影响,分析了升力翼展弦比、跟梢比、攻角等结构参数对升力翼气动性能的影响。结果表明:二维翼型升阻力随攻角的增大而增大,而升阻比则随攻角的增大而减小;相同工况下翼型NACA BR 63-55-12具有良好的升力和升阻比,攻角为4°时升阻比为18左右,适于用作列车的升力翼翼型;展长取定值时,跟梢比为1、展弦比为3.5的升力翼具有更高升力,当攻角增大到3°时升阻比达到最大值18.8,之后逐渐减小。

基于博弈-可拓云的地铁-常规公交换乘服务评价

为了解决地铁与常规公交换乘服务评价方法的单一性和滞后性等问题,提出一种博弈-可拓云组合模型。结合“全、简、精、实”四类原则构建评价指标体系,分别利用层次分析法、CRITIC法、博弈论确定各项指标的主、客综合权重,并将数值代入可拓云模型实现二者的结合。以石家庄地铁为例,对辖区三条线路与常规公交间的换乘服务进行综合评价,结果显示:1、2、3号线的分数均处于[70,90)范围内,属于良好等级。评价结果与该市地铁-常规公交的运营现状相符,验证了组合模型的可行性与普适性,该结果对科学制定精准化的公共交通换乘服务政策提供参考。

CEEMDAN-WPE-CLSA超短期风电功率预测方法研究

提出了一种结合自适应噪声完全集合经验模态分解、加权排列熵、卷积神经网络、长短期记忆网络和自注意力机制的超短期风电功率预测方法。首先,利用自适应噪声完全集合经验模态分解将原始风电功率时间序列自适应分解为一系列的模态分量,降低原始序列的非线性和波动性;其次,根据加权排列熵计算各模态分量间的相似性并对相似的分量进行重组,以修正自适应噪声完全集合经验模态分解的过度分解问题,使得修正后的模态分量更具规律性;最后,将重组后的分量输入卷积长短期记忆网络进行时序建模,并利用自注意力机制对卷积长短期记忆网络的神经元权重进行重新分配,提高了卷积长短期记忆网络对输入特征不确定性的适应能力。在此基础上,明确了自注意力机制和自适应噪声完全集合经验模态分解、加权排列熵在风电功率预测中的作用机制,以及风电功率信号包含的重要物理信息,证明了自适应噪声完全集合经验模态分解、加权排列熵以及自注意力机制在风电功率信号模态分解和长短期记忆网络隐层输出权重分配中的有效性。

考虑心理因素的旅游景区停车泊位预约选择行为研究

以自驾前往景区的游客为研究对象,基于计划行为理论,研究心理潜变量对其预约停车位意向的影响机理。在行为模型中引入感知风险变量,构建景区游客停车预约参与意向的结构方程模型,探究态度、主观规范、知觉行为控制及感知风险对游客预约停车行为意向的影响,利用问卷调查数据进行实证分析。研究结果表明,态度、主观规范、知觉行为控制和感知风险对游客参与景区停车位预约的意向影响显著,其中态度变量是关键因素且影响最大,感知风险对游客参与景区停车泊位预约的意向有显著负效应。研究结果可为景区停车泊位预约机制的制定及完善提供参考依据。

不锈钢车体激光焊连接的模拟方法及强度评估

采用有限元分析方法研究不锈钢车体侧墙激光焊连接的模拟方法与强度分析问题。首先,分别建立实体单元、薄壳单元及梁单元模拟半熔透搭接激光焊连接强度的分析模型,以及梁单元模拟不同焊缝长度的分析模型,并在相同计算条件下,通过对比分析确定了适用于复杂结构激光焊连接强度分析的焊缝单元类型;其次,基于GB/T 37778—2019和接头疲劳试验数据及不同焊缝长度模型的分析结果,总结适用于复杂结构激光焊连接静强度与疲劳强度的评估方法;再次,建立某弧焊-点焊-激光焊的不锈钢车体结构强度分析模型;最后,在EN 12663-1:2010+A1:2014规定的静态与动态载荷工况作用下,分析不锈钢车体侧墙激光焊连接强度。结果表明:AW3状态车钩压缩工况的车体侧墙中部上边梁区域的激光焊梁单元的最小安全系数为1.03;车体侧墙激光焊区域的梁单元的计算剪应力变化范围均远低于106次和107次的疲劳强度值,侧墙激光焊连接疲劳强度冗余大。

牵引销铸钢缺陷的激光熔覆研究

以牵引销用铸钢(25号钢)为基体,利用激光熔覆技术熔覆奥氏体不锈钢涂层,采用光学显微镜、扫描和透射电镜、X射线衍射仪对熔覆层的组织和结构进行分析和表征,利用显微硬度计和磨损试验机对其硬度和磨损性能进行测试。结果表明:奥氏体不锈钢熔覆层由等轴晶、树枝晶和平面晶组成,热影响区由马氏体和索氏体组成。熔覆层树枝晶内为γ相,树枝晶间由γ相和碳化物Cr_(3)C_(2)构成。显微硬度自熔覆层—热影响区—基体,依次递减为310 HV_(0.1)—280 HV_(0.1)—170 HV_(0.1)。25号钢基体为黏着磨损和磨料磨损,熔覆层为磨料磨损;磨损1 h后熔覆层的耐磨性能是25号钢基体的2倍。

动车前端承载结构拓扑优化及车体动态承载极限分析

使用OptiStruct软件,对车体前端承载结构进行拓扑优化,以体积分数为约束,以最小应变能作为优化目标,通过优化结果对车体前端骨架结构进行重新排布。对优化后的车体在车钩安装座、前端吸能结构及防爬器三个不同位置加载,完成刚性墙对车体冲击过程仿真。对车体在冲击过程中冲击力-时间曲线和不同时刻应力分布进行分析,得到车体弱刚度区域,通过应力变化临界点确定车体承载极限。对弱刚度区域不同组件的能量-时间曲线与上述承载极限结果进行验证。结果表明,优化后车体前端刚度大幅提升;在车体承载极限内,不同位置加载对车体承载极限影响较小;通过弱刚度区域各不同组件的能量-时间曲线可以准确地找到车体承载极限达到临界点的时刻,为车体动态承载极限提供数据分析。

滚动轴承钢碳氮共渗工艺研究

以GCr15和GCr15SiMn轴承钢为研究对象,进行不同工艺的碳氮共渗热处理实验研究。利用光学显微镜观察试样热处理后的显微组织、晶粒度,利用X-射线衍射仪分析热处理后残余奥氏体的含量,利用硬度仪测量试样热处理后的硬度变化规律,研究共渗温度对渗层组织和性能的影响。研究结果表明:考虑碳氮共渗层深度、显微组织、晶粒度以及硬度综合因素,碳氮共渗温度控制在820℃,碳势控制在1.18%,进行淬火和低温回火的组织和性能较好。该工艺下增加冷处理,GCr15SiMn试样表面硬度从64.5 HRC提高至66.1 HRC,表面残余奥氏体量从22.1%下降至12.5%。冷处理有效降低了表面残余奥氏体含量。