摘要：针对深度学习模型决策机理和分类依据无法得知以及Morlet、Laplace等小波不能很好地匹配轴承真实故障脉冲响应的问题,提出一种可解释卷积神经网络模型——Bdw-ResNet。首先,设计了一种sigmoid激活函数加权的双阻尼小波,并构建小波卷积层,同时嵌入即插即用的轻量级的局部注意力机制。然后,结合现有的残差神经网络,建立了既可物理解释又与神经网络兼容的Bdw-ResNet模型以及故障诊断的完整流程,并在南昌铁路局机车轴承数据集和青岛四方轮对轴承两个数据集上进行验证。最后,从先验赋能和归因解释两个方面阐述了Bdw-ResNet模型及其组件的映射关系,并进行了可解释性分析。结果表明:所提方法在两个数据集上分别取得了98.73%、99.46%的识别准确率,与基准模型和其他的组合相比性能提升明显,为可解释性深度学习的故障诊断提供了一种解决思路。

摘要：展向波纹杆件具有良好的减阻降噪效果，但尚缺乏杆件结构参数优化设计方法。基于多学科协同优化方法，以气动阻力与气动噪声为目标，对展向波纹杆件的波长和波纹幅度结构参数进行协同优化。基于Realizable k-ε模型与随机噪声的产生和辐射（Stochastic Noise Generation and Radiation,SNGR）模型，建立杆件流场与声场的数值仿真模型。结合拉丁超立方取样及样本点结构的数值仿真结果，构建克里金代理模型，并运用协同优化算法，进行双目标协同优化，寻求最优展向波纹结构参数，并通过仿真验证。研究结果表明：展向波纹杆件的气动噪声和气动阻力无法同时达到最优；双目标协同优化后模型的气动阻力系数1.743，较初模型下降1.59%，总声压级103.64 dB，较初模型下降4.66%，从而达到均衡的降噪减阻效果。

摘要：在传统的滚动轴承故障建模中,大多采用半正弦函数来描述位移激励,忽略了故障边缘的刚度弱化效应,导致模型与实际存在偏差。以NU306局部故障轴承为研究对象,考虑故障前后滚道的弹性变形,提出了一种新的分段位移激励函数。采用有限元分析方法确定了函数的系数,并将系数代入滚动轴承动力学模型中,对比分析了不同故障宽度下采用分段位移激励函数与传统半正弦位移激励函数时轴承的振动特性。结果表明:分段位移激励函数更加符合实际情况,所得到的振动信号与实验结果更吻合;基于分段位移激励函数的轴承振动响应曲线比基于传统位移激励函数的平缓。研究结果为深入研究局部故障滚动轴承的振动特性提供了一定的参考。

摘要：为了使柔顺机构构型与压电驱动分布同时达到最优,并满足工艺制造要求,提出考虑最小尺寸约束的内嵌可移动压电驱动柔顺机构拓扑优化设计方法。采用独立点密度插值模型描述主体结构的材料分布,利用水平集函数表征任意形状的内嵌可移动压电驱动器,通过结构指示函数识别实体和空相材料,采用滤波阈值技术控制主体结构的最小尺寸。同时建立非重叠约束以保证压电驱动器在优化过程中不与设计域边界发生重叠,并以柔顺机构的输出位移最大化为目标函数,建立独立点密度插值水平集联合拓扑优化模型,利用移动渐近线法求解拓扑优化问题。数值算例证明所提方法可以有效地同时优化主体结构和压电驱动器的位置分布,并满足最小尺寸要求。

摘要：水果新鲜度是反映水果是否新鲜、饱满的重要品质指标,为了探讨水果不同货架期的预测和判别方法,以酥梨为研究对象,利用高光谱成像技术,结合偏最小二乘判别法(PLS-DA)和偏最小二乘支持向量机(LS-SVM)算法对酥梨货架期进行判别。由光源、成像光谱仪、电控位移平台和计算机等构成的高光谱成像装置采集样品光谱,装置光源采用额定功率为200 W四个溴钨灯泡成梯形结构设计,光谱范围为 1 000 ~2 500 nm,分别率为10 nm。选取优质酥梨30个,货架期设置为1, 5和10 d,对30个样品完成3次光谱图像的采集,并矫正原始图像。实验结果表明:基于图像的酥梨货架期定性分析时,对不同货架期样品的原始图像进行PCA压缩,得到三种不同货架期的权重系数数据, PC1图像提取特征波长点为 1 280 , 1 390 , 1 800 , 1 880和2 300 nm,以特征图像的平均灰度值作为自变量且以货架期作为因变量建立定性判别模型,建模集68个,预测集22个。最小二乘支持向量机以RBF为核函数时,预测集中样品的误判个数为1,误判率为4.5%。而当采用lin核函数时,样品的误判个数为0,误判率为0。 PLS-DA定性分析时RMSEC为1.24, R c为0.93。 RMSEP为1, R p为0.96,预测集误判率为0。特征图像对酥梨货架期判别LS-SVM中的lin核函数所建立的模型结果较好,优于RBF核函数的建模效果,也优于PLS-DA判别模型。 ENVI软件提取实验样品光谱后建立LS-SVM和PLS-DA判别模型, LS-SVM利用RBF和lin核函数误判率分别为4.5%和0。与RBF核函数相比, lin核函数所建立的模型预测酥梨货架期的效果更好。 PLS-DA方法主成分因子数为12, RMSEC和RMSEP分别为0.48和0.78, R c和 R p分别为0.99和0.97,建模集与预测集的误判率均为零。 LS-SVM中的lin核函数所建立的模型结果较好,依然优于PLS所建立的检测模型。酥梨的光谱信息结合LS-SVM可以实现对酥梨货架期的检测和判别。基于图像建立酥梨的货架期预测模型与光谱相比,都实现了酥梨货架期的判别,而特征图像法,选择区域较少流失部分信息,计算量小,建模结果相对略差。酥梨货架期的高光谱成像检测模型研究为消费者正确评价水果新鲜度提供了理论指导,也为后期果水果货架期检测仪器的开发提供了技术支持。

摘要：针对产品族设计耦合问题,分析比较了其与单一产品设计耦合的异同之处,提出了一种基于公理设计和模块关联矩阵的耦合分析方法。以公理设计为指导,进行功能需求分析及类型划分;分析了产品族客户需求、功能要求、设计参数和模块之间的对应关联关系,考虑适应性设计参数的影响度并将其分为两类以确定产品族的共性和差异性;从策略层面减弱产品族设计的耦合性。从操作层面的角度,根据设计参数零部件间的综合关联关系,通过聚类重构生成几个相互之间具有较小依赖度的模块,分析设计参数间的变更传播关系,建立产品族模块关联矩阵;从模块内部的耦合和模块之间的耦合两方面探讨了关联特性。最后通过电力液压盘式制动器实例阐述了产品族设计耦合分析过程。

摘要：面粉(小麦粉)是中国北方大部分地区的主食,苯甲酸是重要的酸型食品防腐剂,为了便于食品长期保存,往往会添加苯甲酸以便延长食品保存时间。但食用添加苯甲酸过量的小麦粉会对身体健康产生严重危害。太赫兹技术是一种新兴的检测技术,由于处于特殊的0.1~10THz的太赫兹频段,在食品安全检测方面体现出了很强的应用潜力。主要致力于探索太赫兹光谱技术检测苯甲酸的合理性、可行性,利用太赫兹时域光谱技术对面粉中的食品添加剂苯甲酸进行实验研究。实验获取了面粉和苯甲酸的太赫兹时域光谱和频域光谱,其吸收系数显示苯甲酸的特征吸收峰在1.94THz波段,面粉的太赫兹吸收系数几乎以一定的斜率增加,说明可以用THz-TDS(Terahertz time domain spectrum)技术对面粉中的苯甲酸进行特征识别。为建立面粉中添加剂苯甲酸的定量检测模型,实验获取了面粉中掺杂不同百分比(质量分数)苯甲酸的太赫兹时域光谱,计算得到吸收系数谱。实验发现吸收峰幅度的变化是与苯甲酸的含量成正比的,苯甲酸含量增加吸收峰幅度变大。首先探索了不同光谱预处理方法对太赫兹光谱的影响,采用如平滑校正、多元散射校正、基线校正和归一化等方法对原始光谱进行校正处理。校正之后,建立相应的PLS(partial least squares)模型以选择最优预处理方法。然后分别建立苯甲酸浓度和太赫兹吸收系数的MLR(multiple linear regression)、PLS和LS-SVM(partial least squares support vector machines)回归模型,并对比分析不同模型的优劣。将光谱数据归一化后建立的PLS模型更具有优势,预测相关系数Rp为0.979,预测均方根误差RMSEP为1.30%。LS-SVM与PLS和MLR模型相比,LS-SVM模型可以获得更好的建模结果,LS-SVM的预测相关系数Rp为0.987,预测均方根误差RMSEP为1.10%。利用MLR方法仅使用1.946和1.869THz两个波段点进行建模,建模效果预测相关系数Rp为0.955,预测均方根误差RMSEP为1.90%。通过该研究为面粉中苯甲酸添加剂的无损检测提供了新的解决方案,也为其他类型的添加剂的检测提供了方法指导,对促进面粉行业的健康发展具有重要的意义。

摘要：提出一种降低齿廓滑动率的椭圆摆线齿轮廓形设计方法,通过建立啮合线与滑动率之间的联系,以滑动率为改善目标,以啮合线为改善途径,根据齿轮啮合原理和平面坐标变换,推导出一种新型椭圆摆线共轭齿廓的数学方程。计算该新型齿廓的滑动率表达式,并结合表达式研究其影响因素,指出具有低滑动率的参数组合。通过实例验证该方法的有效性和可行性,结果表明,与圆形摆线齿廓相比,椭圆摆线齿廓的滑动率降低了20%,接触强度提高了3倍。低滑动率的椭圆摆线齿廓具有优良的特性和较高的接触强度。

摘要：为了满足热驱动器可靠性要求,提出一种基于区间非概率模型的热驱动柔顺机构可靠性拓扑优化方法。采用区间非概率模型描述热载荷的不确定性,以输出位移构建可靠性功能函数,在可靠性指标约束条件下寻求机构体积最小化,建立基于区间非概率模型的热驱动柔顺机构可靠性拓扑优化模型,利用移动渐近线算法更新设计变量。与确定性优化结果相比,可靠性拓扑优化获得的热驱动柔顺机构体积有所增加,能够有效地满足可靠性指标约束,可靠性设计的热驱动柔顺机构输出位移上、下限理论值与有限元分析结果误差均小于5%,验证了设计方法有效性;并且分析了不同输出刚度和热载荷区间对热驱动柔顺机构可靠性拓扑优化结果的影响。

摘要：陶瓷是常用的冲击防护材料,但其容易发生脆性破坏,在单独使用时抗冲击性能不佳,常需与金属等其他延性材料复合使用。模仿珍珠母的“砖-泥”式微观结构,以陶瓷片为“砖”、金属为“泥”,设计了仿珍珠母陶瓷/金属复合板。通过数值模拟分析了仿珍珠母复合板的抗平头弹冲击性能,将其与陶瓷板以及常见的陶瓷/金属层叠板进行了对比。结果表明:从弹体剩余速度来看,仿珍珠复合板的抗冲击性能显著优于陶瓷板,在金属体积比较小时也明显优于层叠板,但仿珍珠母复合板和层叠板的抗冲击性能差别随金属体积比的增加有缩小趋势;从保持结构完整性来看,仿珍珠母复合板也优于纯陶瓷板和层叠板,具有更好的抗多次冲击能力。仿珍珠母复合板的抗冲击性能优势主要来自侵彻过程的中间阶段,在侵彻过程后期、弹体接近靶板背面时,层叠板由于有背板对陶瓷碎片的约束作用,能提供相对更大的侵彻阻力。为了利用层叠板的这一优点,进一步设计了以仿珍珠母复合板为面板、金属板为背板的混合结构。通过对混合结构的抗冲击性能数值模拟,发现混合结构能得到比单独的仿珍珠母复合板更高的抗冲击性能,且存在一个中等大小的金属体积比使其抗冲击性能最大化。