نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

تشخیص عیب هوشمند برمبنای یادگیری عمیق در روتورهای انعطاف‌پذیر به وسیله یک یاتاقان پیزوالکتریک جدید

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
استادیار گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یاسوج. استادیار، گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشگاه شهرکرد.
10.22060/mej.2026.25821.7973
چکیده
اخیراً سلامت‌سنجی سازه‌ها به خاطر اهمیت زیادش در افزایش طول عمر و بهبود قابلیت اعتماد ماشین‌آلات صنعتی، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. عمدتاً روش‌های تشخیص عیب رایج، به حسگرهایی که از باتری‌ها تغذیه می‌شوند وابسته هستند. روش‌های تشخیص عیب خودتوان، ایده جدیدی را برای تشخیص عیب بدون استفاده از حسگرهای سیمی یا متکی به باتری، فراهم می‌کنند. بنابراین این مطالعه، یک یاتاقان هوشمند پیزوالکتریک جدید را برای تولید سیگنال‌های ولتاژ از ارتعاشات روتور، ارائه کرده است. این سیگنال‌های ولتاژ می‌توانند برای تأمین توان واحدهای پایش وضعیت و تشخیص عیب استفاده شوند. برای این منظور یک نمونه، ساخته شده و به صورت آزمایشگاهی با شافت‌های مختلف تست گردیده است. هر شافت دارای یک دیسک مرکزی و یک ترک عرضی تنفس‌کننده در وسط آن است. همه مشخصات شافت‌ها به جز عمق ترک، مشابه هستند. سپس الگوریتم شبکه عصبی پیچشی (CNN) ایجاد و بر اساس ولتاژ خروجی یاتاقان هوشمند برای عمق‌های مختلف ترک، آموزش دیده است. نتایج نشان می‌دهد که عیب ترک می‌تواند به سه دسته‌ی نام‌گذاری شده (سطح I، سطح II و سطح III) طبقه‌بندی شود. همچنین دقت طبقه بندی این روش می‌تواند به %9/99 برسد که برای کاربردهای عملی امکان‌پذیر است. بنابراین یاتاقان هوشمند پیزوالکتریک ارائه شده، چشم‌انداز کاربردی خوبی را برای تشخیص عیب خودتوان ماشین‌های دوار خواهد داشت.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Deep learning based intelligent fault diagnosis in flexible rotors using an innovative piezoelectric bearing

نویسنده English

Reza Ebrahimi
Assistant professor of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Yasouj University, Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering of Biosystem, Shahrekord University.
چکیده English

Recently, structural health monitoring has attracted considerable attention due to its great significance to prolong the lifespan and improve the system reliability of industrial machineries. The conventional fault diagnosis methods mainly depend on battery-support sensors. The self-powered fault diagnosis methods provide a new idea to realize fault diagnosis without using battery-supported or wired sensors. So, this study proposes a novel piezoelectric smart bearing for generating the voltage signals from the rotor’s vibrations. These voltage signals can be used for supplying the monitoring units and fault diagnosis. For this purpose, a prototype is fabricated and is experimentally tested with different shafts. Each shaft has a central disc and a breathing transverse crack at its mid-span. The shafts are identical except for the crack depth. Then, the convolutional neural network (CNN) algorithm is developed and trained based on the output voltage of the smart bearing under different crack depths. The results indicate that the crack fault can be classified to three labeled categories (level I, level II and level III). Also, the classification accuracy of this method can achieve 99.9%, which are quite feasible in practical applications. So, the proposed piezoelectric smart bearing has good application prospects for the self-powered fault diagnosis of rotating machinery.

کلیدواژه‌ها English

Deep learning
Piezoelectric smart bearing
Convolutional neural network
Damage detection
Cracked rotor

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 18 مهر 1405