融合疲劳现象学与奇异谱分解的起重机损伤识别及寿命预测研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51675098
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0503.机械动力学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The estimation model of crack propagation corrected by multiple factors for random load is established based on fatigue phenomenological theory by considering the residual stress redistribution, the structural factors and the load effect. The quantitative prediction research of crack propagation for crane structure is studied, according to the screening model of main crack means to determine the most harmful crack under crack coexist circumstances. The optimization singular spectral decomposition method combining with adaptive boundary continuation, nonlinear minimization optimization and optimal iterative control is proposed, and the state parameters of crack propagation is extracted according to the signal characteristic of strain, vibration and acoustic emission, based on which the crack propagation mechanism model is modified by the weighting coefficient. At the same time, the damage of crane structure is detected according to the sensitive characteristic extracted by the optimization singular spectral decomposition method. The state parameter of crack propagation is predicted by using the mechanism model, the optimization method of singular spectral decomposition and bayesian intelligent algorithm based on the state parameters of crane operation. Further, the assessment method of running condition for crane based fusion of crack propagation is established, and the injury classification strategy are given by using the signal characteristics extracted according to the theory of the singular spectrum decomposition and the fatigue limit stress characteristic Smith - Watson - Topper (SWT), based on which the the remaining life of crane is predicted by using the algorithm of best stress concentration factor.
基于疲劳现象学理论综合考虑残余应力重分布、结构因素及载荷对裂纹扩展的影响,建立随机载荷下多因素修正裂纹扩展机理模型,提出多裂纹同时存在时确定危害最大裂纹的主干裂纹筛选模型,实现起重机结构裂纹扩展定量预测研究。提出自适应边界延拓、非线性最小化优化及最优迭代控制等的优化奇异谱分解方法,提取应变/振动/声发射信号中裂纹扩展状态特征参数,采用加权系数对初始裂纹扩展机理模型修正,同时根据优化奇异谱分解提取的敏感特征量对起重机结构损伤进行检测。根据实测起重机运行状态参数,运用机理模型与优化奇异谱分解及贝叶斯智能算法对裂纹扩展的状态参数进行预测,提出基于裂纹扩展信息融合的起重机运行状态评估方法,同时将基于优化奇异谱分解理论提取的特征与Smith-Watson-Topper (SWT)疲劳应力极限特征相结合,给出损伤分类策略,根据不同损伤阶段运用最佳应力集中因子算法对起重机剩余寿命进行预测。

结项摘要

起重机服役过程中受到疲劳、磨损、冲击等因素影响,不可避免地发生性能退化、结构损伤、故障甚至失效等。因此,对其进行损伤识别及关键参数的在线监测,并在此基础上进行故障诊断和剩余寿命预测是目前工程机械智能维护急需解决的关键难题,也是学术界研究的热点,具有重大的理论意义和实用价值。在面上基金项目的资助下,本项目紧密围绕起重机及其关键基础部件的裂纹扩展,损伤特征提取,以及剩余寿命预测,开展了一系列理论及工程应用研究。研究成果主要分成以下三部分:1)综合考虑多因素对裂纹扩展的影响,建立横幅、随机载荷历程下裂纹扩展模型,提出多裂纹同时存在情形下确定危害最大裂纹的方法即主干裂纹筛选模型,实现起重机结构裂纹扩展的定量预测;2)将奇异谱分解(SSD)引入起重机主梁损伤特征提取中,深入研究其分解机理及其重构算法,提出改进SSD算法提取复杂工况下起重机振动数据的敏感损伤特征,同时基于自编码算法实现起重机及其基础部件损伤及故障的精确诊断;3)研制了基于Web端及Android/IOS平台的起重机运行状态参数的在线监测系统。基于提出的裂纹扩展模型、SSD、贝叶斯方法,进一步建立基于裂纹扩展信息融合的起重机运行状态评估方法,同时提出一种基于深度学习的机械健康指标,实现起重机关键部件性能退化的准确评估,并根据Bootstrap方法获取剩余寿命的置信区间从而对剩余寿命进行精确的区间预测。4)提出了基于深度学习的起重机关键基础部件全寿命健康指标与剩余寿命预测方法。研究成果发表在Mechanical Systems and Signal Processing, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics等国际权威期刊,其中发表SCI论文24篇。授权相关发明专利6件,转让1件,软件著作权1件,具有显著工程应用价值。

项目成果

期刊论文数量(34)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(12)
Estimation study of structure crack propagation under random load based on multiple factors correction
基于多因素修正的随机荷载下结构裂纹扩展估算研究
  • DOI:
    10.1007/s40430-016-0654-z
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Zhu Lin;Jia Min-ping
  • 通讯作者:
    Jia Min-ping
Intelligent Fault Diagnosis of Multi-Channel Motor-Rotor System based on Multi-manifold Deep Extreme Learning Machine
基于多流形深度极限学习机的多通道电机转子系统智能故障诊断
  • DOI:
    10.1109/tmech.2020.3004589
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE/ASME Transactions on Mechatronics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xiaoli Zhao;Minping Jia;Peng Ding;Cheng Yang;Daoming She;Zheng Liu
  • 通讯作者:
    Zheng Liu
一种新型深度自编码网络的滚动轴承健康评估方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    东南大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    佘道明;贾民平;张菀
  • 通讯作者:
    张菀
Sparse auto-encoder with regularization method for health indicator construction and remaining useful life prediction of rolling bearing
具有正则化方法的稀疏自编码器用于滚动轴承健康指标构建和剩余使用寿命预测
  • DOI:
    10.1088/1361-6501/ab8c0f
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Measurement Science and Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    She Daoming;Jia Minping;Pecht Michael G.
  • 通讯作者:
    Pecht Michael G.
基于IOS的起重机状态监测APP功能设计与实现
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    仪表技术与传感器
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    花园;贾民平;冯月贵;胡静波;庆光蔚
  • 通讯作者:
    庆光蔚

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其他文献

基于拉普拉斯特征映射的故障模式
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    系统仿真学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蒋全胜*;贾民平;胡建中等
  • 通讯作者:
    胡建中等
基于球磨机筒体振动的料位特征量
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄鹏;贾民平;钟秉林;杨小兰
  • 通讯作者:
    杨小兰
基于拉普拉斯特征映射的故障模式识别方法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    系统仿真学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    贾民平;许飞云;蒋全胜;胡建中
  • 通讯作者:
    胡建中
距离函数分类法在制粉系统故障诊断中的应用
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    振动、测试与诊断
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈蔚;贾民平
  • 通讯作者:
    贾民平
基于EEMD 的奇异谱熵在旋转机械故障诊断中的应用
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    东南大学学报( 自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高清清;贾民平
  • 通讯作者:
    贾民平

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融合元学习与知识迁移的滚动轴承寿命预测预报理论方法研究及应用
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    2020
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    面上项目
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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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