基于多传感器信息融合和CNN-BIGRU-Attention模型的液压防水阀故障诊断方法

在建筑工程领域,尤其是在工程搅拌设备中,涉及到复杂液压工作介质,液压防水阀往往会出现不同程度的故障。此外,恶劣的工作环境和复杂的噪声背景使得对液压防水阀的故障进行诊断变得困难。为了解决这一难题,提出了一种基于多传感器信息融合和卷积神经网络-双向门控循环单元-自注意力机制(CNN-BIGRU-Attention)模型的防水阀故障诊断方法。首先,考虑到单一传感器振动信号难以充分表达故障特征,该方法使用了3个传感器采集含噪声的振动信号,并进行了必要的预处理;其次,提取了信号的16个时域特征、5个频域特征以及3个时频域特征,并利用熵权法进行了特征融合,达到了增强特征的目的;然后,将融合的多维特征集输入到CNN-BIGRU-Attention模型中进行了特征识别;最后,利用实际的液压防水阀故障诊断实验,验证了该方法的有效性。研究结果表明:采用多传感器提取的特征更为全面,信息融合有助于捕捉更完整的隐藏数据特征,从而显著提高诊断的准确率;相较于其他特征识别方法,采用CNN-BIGRU-Attention模型的液压防水阀故障诊断准确率可分别提高6.7%、4.6%和14.2%,达到了96.86%,证明了该方法的有效性。该方法将先进的机器学习技术与实际工程应用相结合,为建筑工程问题提供了一种新颖、有效的解决方案。

Maxblend桨和多层组合桨搅拌槽内气液分散特性研究

针对高密度聚乙烯淤浆聚合反应的低黏物料体系,以空气-水为研究对象,研究了Maxblend搅拌桨和利用三叶后掠式搅拌桨HQ150、抛物线圆盘涡轮式搅拌桨BTD170、三宽叶旋桨式搅拌桨KHX170、桨叶安装角度为δ=45°的斜叶圆盘涡轮式搅拌桨ZY160和平直叶圆盘涡轮式搅拌桨PY160构成的3种组合桨搅拌槽内的气液分散与传质特性。结果表明,拟合的气含率、气液相界面积和体积氧传质系数的经验关联式与实验数据吻合较好。Maxblend桨的PG/P受通气影响最小,其次是桨型组合3。通气量为0.6 vvm时,相同功耗下桨型组合3的气含率最高,Maxblend桨近壁区域的d32最小,功率较高时,桨型组合1、2、3中的近壁d32最小的是桨型组合3,气液相界面积最大的是桨型组合3,液相氧传质系数最大的是桨型组合1,桨型组合1、2、3的传质性能相当,且优于Maxblend桨。

基于响应面法的脱硫搅拌参数优化研究

针对脱硫搅拌设备含固率分布和搅拌功率优化问题,在无挡板方形搅拌槽内,采用单层双弧叶桨式搅拌器开展搅拌实验。以槽内近壁面不同高度测点的脱硫石膏体积分数与完全均匀悬浮下的体积分数的离散程度作为研究对象,以泰尔不等式系数(Theil's inequality coefficient,TIC)作为离散程度的指标,探究了不同搅拌器转速、搅拌器离底高度、桨叶直径、桨叶角度的单因素影响规律,并利用响应面进行搅拌功率优化。结果表明,在单因素实验中,当桨叶中心离底高度在液位高度的大约3/10时含固率最高,达到所期望的TIC(TIC≤0.1516)所需最小搅拌功率为20.42 W,通过响应面参数优化后,功率降低到了17.94 W,功率消耗降低了约12%。

小型甘蔗收获机切割器试验研究

小型甘蔗收割机切割器必须具有切割功耗(切割扭矩)和切割损失小的特点。通过正交试验,对影响这两个评价指标的切割参数进行单、多因素试验,得出切割参数的主次顺序,即刀盘转速、刀盘倾角、刀刃滑切角。进而采用正交多项式回归分析方法对试验数据进行处理,获得影响这两个评价指标的数学模型。利用该模型对切割参数进行优化,获得切割损失和切割功耗均较小的最佳切割参数组合:刀盘转速为685 r/m in,刀盘倾角为9,°刀刃滑切角为26,°从而为小型甘蔗收割机切割器设计提供依据。

小型甘蔗收获机根部切割器结构设计

根据小型甘蔗收获机的特点和最优切割参数设计了具有合理结构型式的刀片,进而设计出根部切割器。运用工程分析软件对刀片和根部切割器进行结构运动学和动静力学分析,验证了其结构可靠性和切割性能,并获得机构的固有频率和可能出现的破坏形式。运用3-D建模软件确定了根部切割器的三维模型图,用于小型甘蔗收获机根部切割器物理样机的开发。

基于区间B样条小波有限元的裂纹故障定量诊断

研究基于模型的结构裂纹故障诊断中的正反问题,即求解含裂纹参数结构的固有频率以及利用实测固有频率,定量识别裂纹参数。构造用于求解正问题的一维区间B样条小波裂纹单元,通过求解裂纹结构有限元模型,绘制以裂纹等效刚度与裂纹位置为变量的三阶频响函数解曲线,将实际测出的系统前三阶固有频率作为输入,根据曲线的交点定量预示出裂纹的位置和深度。实验研究表明,文中构造的区间B样条小波裂纹单元有效克服了传统有限元分析在求解裂纹奇异性问题时存在的效率低、精度差甚至难以收敛到正确解的缺陷,同时具有足够的辨识精度。

轴承故障诊断的最优化随机共振方法分析

现代机械设备正朝着大型、复杂和高速方向发展,导致其长期在强噪声环境下运行,使得通过振动分析检测微弱故障变得极为困难。因此,从强噪声背景中提取微弱故障信号成为机械故障诊断的关键问题。随机共振利用噪声能量来加强特征信号能量,特别适合于现代机械设备微弱故障诊断,然而,共振系统结构参数对其输出结果影响较大。针对这一实际情况,为了更好地对故障轴承进行精确诊断,以随机共振理论为依据,提出了基于人工蜂群算法的自适应随机共振新方法。以随机共振输出信噪比作为算法的目标函数,利用人工蜂群算法搜索全局最优解,实现双稳系统参数的自适应调节,获得信噪比最大时的系统参数,最终实现从强噪声环境中检测出微弱信号。数值仿真和轴承故障诊断试验表明:该方法得到的输出频率谱故障频率峰值比经典随机共振方法得到的峰值高20%,可用于强噪声环境下轴承故障识别和诊断。

薄板弯曲和振动分析的区间B样条小波有限法

基于二维张量积区间B样条小波及小波有限元理论,研究了用于薄板静动力学分析的区间B样条小波有限元法。在小波有限元用于薄板分析的列式过程中,采用区间B样条小波尺度函数对横向位移场逼近,从矩形和斜形薄板静动力学势能泛函出发,由变分原理得到小波有限元求解方程。该方法具有B样条函数数值逼近精度高和多种用于结构分析的小波基函数的特点。数值算例表明:区间B样条小波有限元法能以很少的计算自由度获得与其它方法同样的计算精度。

一维区间B样条小波单元的构造研究

基于区间B样条小波及小波有限元理论,提出了一种区间B样条小波有限元方法。传统有限元多项式插值被一维区间B样条小波尺度函数取代,进而构造形状函数和单元。与小波Galer-kin方法不同,本文构造的区间B样条小波单元通过转换矩阵将无明确物理意义的小波插值系数转换到物理空间。转换矩阵在小波单元构造过程中起到关键作用,为了保证求解的稳定性,转换矩阵必须非奇异。构造了以区间B样条尺度函数为插值函数的一系列一维区间B样条小波单元。数值算例表明,本文构造的区间B样条小波单元与传统有限元方法相比,在求解变截面,变载荷等问题时具有收敛快和精度高等优势;有效地丰富了小波有限元法单元库。

区间B样条小波平面弹性及Mindlin板单元构造研究

基于二维张量积区间B样条小波及小波有限元理论,构造了一类用于分析弹性力学平面问题和中厚板问题的C0型区间B样条小波板单元。在二维小波单元的构造过程中,传统多项式插值被二维区间B样条小波尺度函数取代,进而构造形状函数和单元。与小波Galerkin方法不同,本文构造的区间B样条小波单元通过转换矩阵将无明确物理意义的小波插值系数转换到物理空间。区间B样条小波单元同时具有传统有限元和B样条函数数值逼近精度高及多种用于结构分析的基函数的优点。数值算例表明:与传统有限元和解析解相比,本文构造的二维小波单元具有求解精度高,单元数量和自由度少等优点。

大型龙门铣床主轴滑枕结构有限元分析

主轴滑枕是机床中一种必不可少的通用零部件,亦是影响机床工作性能的薄弱环节。运用有限元分析方法进行工作状态下滑枕静变形分析和热-结构耦合变形分析,研究大型龙门铣床主轴滑枕结构变形规律,给出了定性和定量的分析结论,为滑枕结构优化设计提供理论依据和指导。

基于神经网络的短粗转轴裂纹诊断研究

构造Rayleigh-Timoshenko区间B样条小波梁单元,建立短粗转子系统小波有限元模型。求解与不同裂纹相对位置和相对深度相对应的裂纹转子前三阶固有频率。将裂纹相对位置、相对深度、前三阶固有频率作为神经网络的训练样本,训练出用于裂纹定量诊断的神经网络。以实测固有频率作为训练好的神经网络的输入,定量诊断测出裂纹的相对位置和深度。试验研究表明,所提出的裂纹诊断方法具有较好的精度和鲁棒性,且易于在工程实践中进行短粗裂纹转子定量诊断。

基于LabVIEW的矿山带式输送机故障诊断软件设计

带式输送机是矿山机械中关键装备,亦是故障多发环节,而轴承和齿轮损伤又是诱发故障的重要因素。基于NI(National Instruments)公司的LabVIEW图形化编程平台,编制具有良好人机界面的矿山带式输送机故障诊断软件。该软件集成了现代小波分析等非平稳信号处理方法和机械设备故障诊断方法,具有诊断准确可靠的优点。

轴承转子系统分析的小波有限元法

提出了一种用于轴承转子系统分析的区间B样条小波有限元方法。构造考虑剪切变形的Rayleigh-Timo-shenko区间B样条小波转轴单元,该单元每个节点具有4个自由度,即:2个平动和2个转动,分别表示横向弯曲和转动位移。该单元可以解决传统Timshenko转轴单元在分析柔性转子系统时,存在的剪切锁死现象。建立轴承转子系统小波有限元模型,考虑陀螺效应、截面转动惯量、材料迟滞和粘性阻尼、轴承的交叉刚度与交叉阻尼的影响。实验研究表明了该单元的实际应用效果,数值算例进一步验证了小波有限元法良好的性能,为工程中复杂柔性和短粗转子系统动力学分析提供了新方法。

基于小波有限元和遗传优化算法的转轴裂纹诊断

构造Rayleigh-Euler和Rayleigh-Timoshenko区间B样条小波梁单元,分别离散柔性转轴和刚性转盘,建立转子系统有限元模型。求解裂纹转子前三阶固有频率,并将其拟合成裂纹相对位置和相对深度的函数。将裂纹识别中的匹配追踪问题转化为多维优化问题,以实测固有频率作为输入,利用遗传算法寻优求解出与输入值相差最小的样本点,进而测出裂纹的相对位置和深度。试验研究表明,所提出的裂纹诊断方法具有较好的精度和鲁棒性,且易于在工程实践中进行裂纹转子定量诊断。

一种区间B样条小波平板壳单元及应用

基于二维张量积区间B样条小波,构造了一种性能良好的小波平板壳单元.在小波单元的构造过程中,用二维区间B样条小波尺度函数取代传统多项式插值,在所构造的区间B样条平面弹性单元和平面M ind lin板单元的基础上组合而成.区间B样条小波单元同时具有B样条函数数值逼近精度高和多种用于结构分析的基函数的特点.数值算例表明:与传统有限元和解析解相比,构造的小波平板壳单元具有求解精度高,单元数量和自由度少等优点.

机械类工程有限元法课程新体系的建设与实践

有限元法已成为机械工程分析必备工具和本科教学的基础课程。结合机械工程人才培养目标,通过建立课程新的内容体系、编写新的教材、研制新的CAI课件和教学软件、发掘新的科研领域四方面的改革,构建整体优化、结构合理的机械类工程有限元法课程新体系。适用于对学生在理论知识总体把握、知识拓展能力、工程应用分析能力、思维能力等全方位的素质进行培养。实践表明,通过教学改革,学生综合能力得到提高。

基于Polytec激光测振仪的光存储设备振动测试分析系统

针对光存储设备振动频率高的特点,采用Polytec激光测振仪拾取振动信号,并给出了基于Polytec激光测振仪的光存储设备振动测试分析系统。可用于硬盘盘片、磁头滑块、折臂组件、光盘盘片等振动测试,为光存储设备动态特性的测试和分析建立了良好的实验基础。

全口覆盖义齿三维有限元模型建立及生物力学分析

采用颌弓形态对全口覆盖义齿应力分布具,对不同的石膏模型采用层切的方法,获得不同层的二维坐标点数据。导入ANSYS软件,建立典型的尖、圆、方形共9种颌弓形态所对应的全口覆盖义齿三维有限元模型。同时对全牙列加载,进行生物力学分析,颌弓形态对全口义齿应力分布的影响规律应力从高到低的顺序为:方形、圆形、尖形;外推形式、基本形式、内推形式。最后结合义齿层、粘膜层和骨组织层有限元分析结果,给出了定性分析结论,为临床工作提供实验依据和指导。

柔性转子动力学分析的区间B样条小波有限元法

构造Rayleigh-Euler区间B样条小波旋转梁单元,该单元边界节点具有6个自由度,即:3个移动和3个转动,而内部节点具有3个自由度,即:3个移动,分别表征横向弯曲及转角、轴向位移、扭转位移。建立柔性转子系统小波有限元模型,考虑陀螺效应、截面惯性矩、材料迟滞和粘性阻尼、轴承的交叉刚度与交叉阻尼的影响。数值算例表明:小波有限元法具有良好的性能,适合于工程中复杂柔性转子系统动力学分析。