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2023, 43(1):1-8.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.01.001
摘要:
数据驱动的异常检测技术被广泛应用于复杂机械设备状态监测中，工况（operating conditions，简称OCs）变化会导致监测数据的分布漂移，使传统数据驱动的异常检测方法的准确性受到极大干扰。为了解决时变工况下工况和健康状态之间的耦合问题，提出了一个新的特征解耦学习框架。首先，基于变分自动编码器（variation auto encoder，简称VAE）构建一个特征解耦条件变分自动编码器（conditional variation auto encoder，简称CVAE）网络，实现工况和健康状态的解耦；其次，对解耦后的健康状态相关特征进行降维处理，构建异常指标（anomaly indicator，简称ANI）；然后，将ANI与统计异常阈值相结合，实现时变工况下轴承的异常检测；最后，通过基于时变转速退化的轴承加速疲劳退化实验，验证了该方法的有效性以及所构建的健康指标在消除时变工况干扰方面的优越性。
数据驱动的异常检测技术被广泛应用于复杂机械设备状态监测中，工况（operating conditions，简称OCs）变化会导致监测数据的分布漂移，使传统数据驱动的异常检测方法的准确性受到极大干扰。为了解决时变工况下工况和健康状态之间的耦合问题，提出了一个新的特征解耦学习框架。首先，基于变分自动编码器（variation auto encoder，简称VAE）构建一个特征解耦条件变分自动编码器（conditional variation auto encoder，简称CVAE）网络，实现工况和健康状态的解耦；其次，对解耦后的健康状态相关特征进行降维处理，构建异常指标（anomaly indicator，简称ANI）；然后，将ANI与统计异常阈值相结合，实现时变工况下轴承的异常检测；最后，通过基于时变转速退化的轴承加速疲劳退化实验，验证了该方法的有效性以及所构建的健康指标在消除时变工况干扰方面的优越性。
2022, 42(6):1045-1061.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2022.06.001
摘要:
压电驱动具有结构简单、构型多样、力密度高、精度高、响应快、断电自锁、无电磁干扰以及环境适应性好等突出优势，在超精加工、半导体制造、机器人、精密仪器、生命科学、航空航天和武器装备等领域均具有迫切的应用需求，已成为高端装备向高精尖发展的一项核心技术。压电驱动技术可为高端装备的突破和发展提供坚实的基础，具有重要的科学意义和实用价值。首先，从高端装备发展对精密驱动技术的实际需求出发，系统阐述了压电驱动技术的定义、分类及特点；其次，介绍了压电驱动技术的研究现状，并对压电驱动技术的典型应用进行了概述和分析；最后，对压电驱动技术进行了讨论与展望。
压电驱动具有结构简单、构型多样、力密度高、精度高、响应快、断电自锁、无电磁干扰以及环境适应性好等突出优势，在超精加工、半导体制造、机器人、精密仪器、生命科学、航空航天和武器装备等领域均具有迫切的应用需求，已成为高端装备向高精尖发展的一项核心技术。压电驱动技术可为高端装备的突破和发展提供坚实的基础，具有重要的科学意义和实用价值。首先，从高端装备发展对精密驱动技术的实际需求出发，系统阐述了压电驱动技术的定义、分类及特点；其次，介绍了压电驱动技术的研究现状，并对压电驱动技术的典型应用进行了概述和分析；最后，对压电驱动技术进行了讨论与展望。
2022, 42(5):835-426.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2022.05.001
摘要:
随着物联网和通信技术的快速发展，现代工业装备海量运行数据被实时监测传输，推动装备服役阶段的故障预测与健康管理进入大数据时代。面对具有不确定性强、价值密度低及多源异构特点的装备运行大数据，传统浅层模型算法存在难以自主挖掘数据蕴含特征、对装备健康状态表征能力弱的先天不足。近年来，作为机器学习领域的研究热点，深度学习理论得到了学术界与工业界的广泛关注，相关的工业装备故障预测与健康管理（prognostics and health management， 简称PHM）研究与应用层出不穷，为解决大数据背景下的故障预测与健康管理难题提供了新的思路和技术手段。为此，笔者回顾了工业装备故障预测与健康管理技术发展历程；从异常检测、故障诊断以及故障预测3个方面综述了深度学习已取得的研究成果；讨论了深度学习在当下工业装备故障预测与健康管理中的热点话题；分析了该研究方向在工程实际中面临的挑战，并探讨应对这些挑战的有效措施和未来发展趋势。
随着物联网和通信技术的快速发展，现代工业装备海量运行数据被实时监测传输，推动装备服役阶段的故障预测与健康管理进入大数据时代。面对具有不确定性强、价值密度低及多源异构特点的装备运行大数据，传统浅层模型算法存在难以自主挖掘数据蕴含特征、对装备健康状态表征能力弱的先天不足。近年来，作为机器学习领域的研究热点，深度学习理论得到了学术界与工业界的广泛关注，相关的工业装备故障预测与健康管理（prognostics and health management， 简称PHM）研究与应用层出不穷，为解决大数据背景下的故障预测与健康管理难题提供了新的思路和技术手段。为此，笔者回顾了工业装备故障预测与健康管理技术发展历程；从异常检测、故障诊断以及故障预测3个方面综述了深度学习已取得的研究成果；讨论了深度学习在当下工业装备故障预测与健康管理中的热点话题；分析了该研究方向在工程实际中面临的挑战，并探讨应对这些挑战的有效措施和未来发展趋势。
2022, 42(4):627-635.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2022.04.001
摘要:
使用光纤光栅探测包含损伤信息的高频、小能量超声导波，是结构健康监测的关键技术和重点发展方向之一。首先，阐述了光纤光栅探测超声的基本原理，介绍了同时满足高灵敏度和大带宽的相移光纤光栅，揭示了光栅监测的角度相关性以及安装技术；其次，介绍了宽带光源解调法与可调谐激光解调法，将高速的小幅布拉格波长漂移转换为电压输出；然后，介绍了光纤光栅在冲击监测、声发射监测、声-超声监测三个方面的应用，着重以航空航天复合材料健康监测为例，讨论了损伤判断、定位及分类等功能的实现；最后，对光纤光栅在超声结构健康监测中的应用进行了总结和展望。
使用光纤光栅探测包含损伤信息的高频、小能量超声导波，是结构健康监测的关键技术和重点发展方向之一。首先，阐述了光纤光栅探测超声的基本原理，介绍了同时满足高灵敏度和大带宽的相移光纤光栅，揭示了光栅监测的角度相关性以及安装技术；其次，介绍了宽带光源解调法与可调谐激光解调法，将高速的小幅布拉格波长漂移转换为电压输出；然后，介绍了光纤光栅在冲击监测、声发射监测、声-超声监测三个方面的应用，着重以航空航天复合材料健康监测为例，讨论了损伤判断、定位及分类等功能的实现；最后，对光纤光栅在超声结构健康监测中的应用进行了总结和展望。
2022, 42(3):417-426.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004?6801.2022.03.001
摘要:
为了提升磁巴克豪森（magnetic Barkhausen noise，简称MBN）应力测量效率，提出了一种三角度磁巴克豪森测量平面应力的方法，分析了角度选择对精度的影响。为了减小标定的不确定性，提出了一种基于多维特征重构不确定性度量空间的贝叶斯标定方法。实验结果表明，当应力大于50 MPa时，采用相互间隔60°的3个角度，可实现主应力值测量误差不大于±10 MPa、方向测量误差不大于±5°。贝叶斯标定模型进一步将幅值误差降低到±5?MPa以下，并将方向测量的±5°误差带扩展到40 MPa的低应力区。该研究方法为工程中采用磁巴克豪森高效、准确测量平面应力奠定了基础。
为了提升磁巴克豪森（magnetic Barkhausen noise，简称MBN）应力测量效率，提出了一种三角度磁巴克豪森测量平面应力的方法，分析了角度选择对精度的影响。为了减小标定的不确定性，提出了一种基于多维特征重构不确定性度量空间的贝叶斯标定方法。实验结果表明，当应力大于50 MPa时，采用相互间隔60°的3个角度，可实现主应力值测量误差不大于±10 MPa、方向测量误差不大于±5°。贝叶斯标定模型进一步将幅值误差降低到±5?MPa以下，并将方向测量的±5°误差带扩展到40 MPa的低应力区。该研究方法为工程中采用磁巴克豪森高效、准确测量平面应力奠定了基础。
2022, 42(2):207-212.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2022.02.001
摘要:
采用任意拉格朗日-欧拉方法和罚函数耦合方法对静水环境中某型直升机-浮囊着水过程进行数值模拟，并对直升机和浮囊的力学特性及流场特性进行分析。结果表明：机体着水前，浮囊通过压缩囊内气体、与水相互作用及自身变形起到了吸能缓冲的作用，相对未安装浮囊，可使直升机冲击过载峰值降低69%；机体着水初期，水体高压区集中在机体底部、浮囊前端和浮囊后安装点附近。机体底部出现两处高压区且压力沿机体宽度方向呈弧形状分布，着水过程中浮囊应力较大区域集中在前/后安装点附近及它们之间的“弧形”区域，两浮囊未发生破损。浮囊最大等效应力为193.9 MPa，出现在浮囊前安装点附近。
采用任意拉格朗日-欧拉方法和罚函数耦合方法对静水环境中某型直升机-浮囊着水过程进行数值模拟，并对直升机和浮囊的力学特性及流场特性进行分析。结果表明：机体着水前，浮囊通过压缩囊内气体、与水相互作用及自身变形起到了吸能缓冲的作用，相对未安装浮囊，可使直升机冲击过载峰值降低69%；机体着水初期，水体高压区集中在机体底部、浮囊前端和浮囊后安装点附近。机体底部出现两处高压区且压力沿机体宽度方向呈弧形状分布，着水过程中浮囊应力较大区域集中在前/后安装点附近及它们之间的“弧形”区域，两浮囊未发生破损。浮囊最大等效应力为193.9 MPa，出现在浮囊前安装点附近。
2022, 42(1):1-10.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2022.01.001
摘要:
伴随我国经济快速发展，火/核电厂大型冷却塔建设保持快速增长势头，呈现超高、超大的发展趋势。风荷载作用下的冷却塔塔筒壳体风致稳定和结构风振效应成为结构设计建造的关键控制因素。笔者从理论分析、试验模拟、数值计算、现场实测4个方面论述了冷却塔风致稳定和风振效应系列研究进展，阐明了基于环向均匀加载的冷却塔稳定验算公式难于适用复杂风压条件下壳体弹性稳定分析与评估，强调了基于现场实测建立超高雷诺数条件下动态绕流物理风洞试验模拟准则的必要性，推荐开展风致动力分析中冷却塔结构阻尼比实测工作。面向台风和龙卷风等特异风灾气候结构效应研究的现实需求，亟需开展特异风场作用下大型冷却塔壳体失稳和结构风振效应和机理的研究。
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