machine learning
در نشریات گروه مکانیک-
Wood/PLA biocomposite filament is a 3D printing material that blends Polylactic Acid (PLA), a biopolymer, with wood powder acting as reinforcement. This combination results in a sustainable 3D printing filament that has grown in popularity in recent years due to its eco-friendliness and the natural appearance of 3D-printed parts. To assess the suitability of wood/PLA biocomposite for various additive manufacturing applications, it is essential to determine its mechanical properties. This study employs fused deposition modeling (FDM) as the additive manufacturing process and focuses on assessing the mechanical properties (tensile, flexural, and impact) of 3D-printed biocomposite. The Taguchi L27 design of the experiments is utilized, and the key process parameters under consideration are infill pattern, layer thickness, raster angle, nozzle temperature, and infill density. A layer thickness of 0.3 mm and an infill density of 100% yielded the highest tensile strength of 42.46 MPa, flexural strength of 83.43 MPa, and impact strength of 44.76 J/m. The dataset has been carefully prepared to facilitate machine learning for both training and testing, and it contains the experimental results and associated process parameters. Four distinct machine learning algorithms have been selected for predictive modeling: Linear Regression, Support Vector Machine (SVM), eXtreme Gradient Boosting (XGBoost), and Adaptive Boosting (AdaBoost). Given the intricate nature of the dataset and the presence of nonlinear relationships between parameters, XGBoost and AdaBoost exhibited exceptional performance. Notably, the XGBoost model delivered the most accurate predictions. The results were assessed using the coefficient of determination (R2), and the achieved values for all observed mechanical properties were found to be greater than 0.99. The results signify the remarkable predictive capabilities of the machine learning model. This study provides valuable insights into using machine learning to predict the mechanical properties of 3D-printed wood/PLA composites, supporting progress in sustainable materials engineering and additive manufacturing.Keywords: Additive Manufacturing, 3D Printing, Fused Deposition Modelling, Biocomposite, Machine Learning, Mechanical Characterization
-
The work focuses on predicting the bearing response in hydrothermal-aged carbon fiber-reinforced epoxy composite (CFREC) joints through the utilization of machine learning techniques. CFREC are extensively employed in aerospace and other high-performance applications, and their long-term structural integrity is of paramount importance. The hydrothermal aging process can significantly affect the mechanical behavior of such composites, particularly in joint configurations. In this research, an innovative support vector regression approach is present that leverages machine learning algorithms to forecast the bearing response of CFREC joints after undergoing hydrothermal aging. The study encompasses the development of predictive models using a comprehensive dataset of experimental observations. The machine learning technique, support vector regression is trained and evaluated to assess their accuracy and reliability in predicting bearing response. The results show that the overall percent reduction in bearing response, after 30 days of pristine composite bolted joints at 0 Nm bolt torque shows reductions of 23.22 % at 65°C, respectively. Conversely, under the same conditions, MWCNTs added composite bolted joints exhibit only a 9.2% reduction. The predictive models find the value of 0.0081 RSME and 0.8 R2 respectively through support vector regression confirming that the predicted values lie in between the upper and lower bond.Keywords: Carbon Fiber, Epoxy Resin, Machine Learning, Bearing Response, Support Vector Regression
-
Centrifugal pumps are widely used across various industries, and the design of high-efficiency centrifugal pumps is essential for energy savings and emission reductions. The development of centrifugal pump models primarily uses an iterative design approach combining direct and inverse problem-solving based on one-dimensional flow theory. However, this semi-empirical, semi-theoretical design process is time-consuming and costly. To reduce development time and costs, this paper proposes a rapid impeller design method focused on hydraulic performance, integrating traditional similarity design theory with machine learning. The proposed model uses neural networks to predict empirical coefficients, determine key dimensions such as the impeller’s inlet diameter, outlet diameter, outlet width, and axial distance. Once these parameters are defined, the main dimensions of the impeller can be calculated. The blade profile is defined using a 5-point B´ezier curve. Variations in the cross-sectional area of the flow passage influence the internal flow state of the centrifugal pump, ultimately impacting its hydraulic efficiency. A genetic algorithm, guided by variations in the cross-sectional area of the flow passage, optimizes the blade profile, achieving an improved impeller flow path and completing the rapid design of the centrifuge. This method significantly shortens the development cycle and lowers design costs, making it a promising technique for future impeller designs.Keywords: Centrifugal Pump, Machine Learning, Impeller Design, Cross-Sectional Area, Neural Network
-
کاربرد بسیار بلبرینگ ها در صنعت لزوم تخمین عمر مفید آن ها را افزایش می دهد. در اغلب پژوهش های قبلی انجام گرفته لازم است تا خرابی اولیه ای در بلبرینگ ایجاد شده باشد تا پس از آن عمرمفید باقی مانده تخمین زده شود. در حالیکه که عمدتا محل بهره برداری از بلبرینگ ها توام با نویز بسیار می باشد که تشخیص عیوب اولیه را دشوار می کند. در این پژوهش روش جدیدی برای تخمین عمر مفید باقیمانده بلبرینگ های صنعتی ارائه می گردد که بااستفاده از توابع مود ذاتی (IMF) امکان تشخیص عیوب را در مراحل اولیه افزایش می دهد. در این رویکرد، ابتدا سیگنال های ارتعاشی به دست آمده از بلبرینگ با استفاده از روش EMD به IMF های تشکیل دهنده اش تجزیه می شود و یکی از IMF های به دست آمده که قادر است تشدید عیوب و روند خرابی را بهتر از سایر توابع نشان دهد، با استفاده از یک روش پیشنهادی بر پایه انرژی، انتخاب می گردد. پس از انتخاب IMF مناسب، واریانس آن ها محاسبه می گردد و سپس تابع ویبول بر روی آن ها برازش شده، و نمودارهای به دست آمده جهت آموزش شبکه عصبی مورد استفاده قرار می گیرد. سپس هموارسازی نتایج با استفاده از تابع هموارسازی نمایی انجام می شود. عملکرد نهایی الگوریتم ارائه شده به وسیله ی داده های تجربی مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که شبکه به خوبی می تواند روند تخریب بلبرینگ را دنبال کرده و عمر باقیمانده آن را ارزیابی کند.
کلید واژگان: ماشین دوار، بلبرینگ، عیب یابی، عمرمفید، یادگیری ماشینBearings are widely used parts in the industry and play a crucial role in the performance of industrial systems and machinery. Therefore, their failure can cause significant damage and even halt production. Due to their importance and widespread use, various methods have been developed for troubleshooting and estimating their remaining useful life. This study introduces a novel approach for predicting the remaining lifespan of industrial bearings. The technique involves initially decomposing the vibration signals from the bearing into intrinsic mode functions (IMFs) using the empirical mode decomposition (EMD) method. Among the calculated IMFs, the one most effective at indicating the degradation rate of the ball bearing is chosen for training the neural network. The selection of the IMF is carried out using a proposed energy-based method. The variance statistical parameter for the selected IMF is calculated after selecting the appropriate Intrinsic Mode Function. Next, the Weibull function is fitted to the resulting data, and the obtained graphs are used to train the neural network. Subsequently, the results are smoothed using the exponential smoothing function. The final performance of the proposed algorithm is evaluated using experimental data. The results indicate that the neural network can effectively track the degradation process of the bearing and assess its remaining lifespan.
Keywords: Rotary Machinery, Ball Bearing, Diagnostics, Remaining Useful Life, Machine Learning -
محدودیت منابع انرژی فسیلی و نگرانی های محیط زیستی، باعث تلاش برای استفاده از منابع انرژی پاک و پایدار شده است. پیل سوختی اکسید جامد با دمای کاری متوسط و سوخت آمونیاک یکی از منابع امیدبخش جهت جایگزینی با منابع متداول انرژی است. از سوی دیگر استفاده از روش های پیش بینی عملکرد پیل سوختی با دقت و سرعت مناسب و بالا، از اهمیت خاصی برخوردار است. در این پژوهش، نخست پیل سوختی اکسید جامد با سوخت آمونیاک، نشتی الکترولیت و دمای کاری متوسط، شبیه سازی عددی می شود. سپس عبارت های ورودی اثرگذار برای محاسبه عملکرد پیل سوختی در شرایط مختلف انتخاب می شود. در این راستا، پس از ایجاد مجموعه داده های کافی، از الگوریتم های مختلف یادگیری ماشین برای پیش بینی توابع هدف شامل چگالی توان و دمای بیشینه پیل سوختی بهره گیری می شود. نتایج حاکی از پیچیدگی پیش بینی چگالی توان پیل سوختی در مقایسه با دمای بیشینه است. همچنین مشاهده شد که روش XG Boosting با R2 برابر 99/0 بهترین کارآیی را در پیش بینی عبارت های دمای بیشینه و چگالی توان دارا است.
کلید واژگان: پیل سوختی اکسید جامد، آمونیاک، نشتی الکترولیت، دمای کاری متوسط، یادگیری ماشینThe limitation of fossil energy sources and environmental concerns have caused efforts to use clean and sustainable energy sources. The solid oxide fuel cell with intermediate working temperature and ammonia fuel is one of the promising sources to replace conventional energy sources. On the other hand, the use of fuel cell performance prediction methods with appropriate and high accuracy and speed is significantly important. In this research, first, the solid oxide fuel cell with ammonia fuel, electrolyte leakage, and average working temperature are numerically simulated. Then the effective input parameters are selected to calculate the performance of the fuel cell in different conditions. In this regard, after generating a sufficient data set, different machine learning algorithms are used to predict the objective functions, including the power density and the maximum temperature of the fuel cell. The results indicate the complexity of predicting the power density of the fuel cell compared to the maximum temperature. It was also observed that the XG Boosting method with R2 equal to 0.99 has the best efficiency in predicting the parameters of maximum temperature and power density.
Keywords: Solid Oxide Fuel Cell, Ammonia, Electrolyte Leakage, Intermediate Working Temperature, Machine Learning -
نشریه یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی، سال چهارم شماره 4 (زمستان 1403)، صص 14 -23
در این مقاله، به ارزیابی کارایی و بهره وری ده صنعت پیشرفته با فناوری بالا استفاده از روش های تحلیل پوششی داده ها، تحلیل سلسله مراتبی و یادگیری ماشین پرداخته شده است. همچنین معیارهای ورودی شامل سرمایه گذاری تحقیقاتی، نیروی انسانی متخصص و هزینه های عملیاتی و معیارهای خروجی شامل میزان درامد سالانه وپتنت ها تعیین شدند. از تحلیل سلسله مراتبی برای محاسبه وزن های نسبی معیارها استفاده و سپس مدل های CCR وBCC برای ارزیابی کارایی نسبی واحدها به کار گرفته شدند. برای افزایش دقت پیش بینی، الگوریتم های یادگیری ماشین نظیر شبکه های عصبی مصنوعی و درخت تصمیم به کار رفتند. نتایج نشان داد که در مدل CCR شش واحد و در مدل BCC هشت واحد به عنوان واحدهای کارا شناسایی شدند. مدل شبکه های عصبی مصنوعی با دقت 95٪ کارایی واحدها را پیش بینی کرد. تحلیل ها نشان داد که سرمایه گذاری تحقیقاتی و تعداد مقالات علمی بیشترین تاثیر را بر کارایی دارند. این پژوهش رویکردی ترکیبی برای ارزیابی و بهبود عملکرد در صنایع پیشرفته ارایه می دهد و می تواند به مدیران و سیاست گذاران در تخصیص بهینه منابع و اتخاذ تصمیمات استراتژیک کمک کند.
کلید واژگان: تکنولوژی، تحلیل پوششی داده ها، تحلیل سلسله مراتبی، یادگیری ماشین، شبکه های عصبی مصنوعی.Journal of New Applied and Computational Findings in Mechanical Systems, Volume:4 Issue: 4, 2025, PP 14 -23This study evaluates the efficiency and productivity of 10 active units in the field of high technology using Data Envelopment Analysis (DEA), Analytic Hierarchy Process (AHP), and machine learning techniques. Input criteria include research investment, number of specialized human resources, and operational costs, while output criteria consist of the number of published articles, registered patents, and commercialized products. AHP was used to calculate the relative weights of the criteria, followed by the application of the CCR and BCC models to assess the relative efficiency of the units. To enhance prediction accuracy, machine learning algorithms, including Artificial Neural Networks (ANN) and Decision Trees, were employed. The results showed that six units in the CCR model and eight units in the BCC model were identified as efficient. The ANN model, with 95% accuracy, predicted unit efficiency more precisely. The analysis revealed that Total revenue and number of published articles had the greatest impact on efficiency. This research presents a combined approach for evaluating and improving performance in high technology, offering valuable tools for managers and policymakers to optimize resource allocation and make strategic decisions.
Keywords: Technology, Data Envelopment Analysis (DEA), Analytic Hierarchy Process (AHP), Machine Learning, Artificial Neural Networks, Assessment -
In this paper, a hybrid machine learning/optimization system is developed to identify the optimal configuration of holes on a cantilever beam to achieve a desired natural frequency. Based on a design of experiments, 100 configurations are selected from the vast possible combinations of placing five holes on a 5x21 matrix grid over the beam. The natural frequencies for these configurations are obtained using frequency analysis in COMSOL. A dataset containing the hole configurations and their corresponding normalized first natural frequency is constructed to build a machine-learning model using the LightGBM method. The particle swarm optimization algorithm is employed to find the optimal hole configuration that yields the desired natural frequency. The results demonstrate the success of the developed hybrid system, as the machine learning model accurately predicts both the training and testing data. Additionally, the optimization algorithm successfully identifies hole configurations that closely match the desired natural frequency in various test cases, validating the system's effectiveness.
Keywords: Frequency Tuning, Machine Learning, Hole Configuration, Frequency Analysis, Frequency Adjustment -
Understanding separated flow dynamics is crucial for implementing effective flow control techniques. These techniques help mitigate adverse effects on vehicle performance and environmental pollution. This research aims to improve flow control strategies by predicting separated flow dynamics solely through wall pressure measurements using artificial intelligence and numerical data. Initially, we identify numerical models that accurately replicate separated flow dynamics. Notably, the Detached Eddy Simulation (DES) model strongly agrees with experimental data, particularly in the turbulent regime at Reh= 89100, downstream of backward facing steps (BFS). Subsequently we conducted a correlational analysis that revealed a significant relationship between various wall pressure points and the velocity field, leading to the adoption of deep learning techniques such as Recurrent Neural Networks with Long Short-Term Memory (LSTM). These neural networks, tailored for time-dependent data, demonstrate high accuracy of low MSE of 13.48% using ten wall pressure points in predicting velocity magnitude contour over (BFS). To enhance predictions, Proper Orthogonal Decomposition (POD) is utilized to reduce system complexity while retaining essential dynamics, resulting in a lower MSE of 5.07%. Additionally, we identify the ideal wall pressure measurement region that accurately captures the entire dynamic behavior, achieving an acceptable MSE of 23.48% for predicting low order vorticity, with only three wall pressure points. This research aids in developing efficient flow control strategies with limited pressure data and offers valuable insights for closed-loop flow control applications.Keywords: Flow Separation, Backward Facing Step, Instabilities, LSTM Recurrent Neural Network, Dynamics Prediction, Machine Learning
-
This research utilizes MATLAB and Python coding to optimize the thermal design of an industrial shell and tube steam boiler with an internal superheater. The paper outlines a systematic approach to steam boiler design, including heat transfer dynamics analysis, superheater configuration optimization, and implementation. They take action to enhance the performance of the third pass. The shell and tube steam boiler specifications, including an internal superheater, have been determined, with a steam capacity of 5 tons/hour and operating at a working pressure of 10 bar. According to the results, the opt substantially impacted 71 tubes in the second pass, each with a diameter of 5 cm, and an additional 82 tubes of identical size in the third pass (which includes revisions). To achieve a desired temperature increase of 15 ℃ in the superheater, incorporating the superheater section into the fire tube resulted in a 23.72% increase in the third pass level compared to the scenario without a superheater. For every 5 ℃ temperature increase in the superheater, the steam velocity in the third pass tubes decreases by approximately 1m/s. Adding the superheater to the end of the third pass reduces the temperature of this area from 525 ℃ to 500 ℃. Leveraging machine learning algorithms enabled the identification of parameters influencing the rise in superheater temperature. Linear regression emerged as the best predictor of superheater temperature increase among the eight models considered.Keywords: Heat Transfer, Heat Exchanger Design, Fire Tube Boiler, Superheater, Machine Learning
-
This research investigates the effectiveness of various vibration data acquisition techniques coupled with different machine learning models for detecting anomalies and classifying them. To this end, synthetic vibration data was generated for techniques such as eddy current proximity transducers (ECPT), accelerometer sensor, blade tip timing, laser doppler vibrometer (LDV), and strain gauge. Afterward, the data was pre-processed and used to train gradient boosting machine, support vector machine, and random forest models. Performance evaluation metrics, including accuracy, recall, F1-score, receiver operating characteristic, and area Under curve were employed to assess the models, revealing varying degrees of success across combining techniques and models. Notable achievements were observed for the random forest model coupled with the eddy current proximity transducers technique, underscoring the significance of informed technical selection and model optimization in enhancing vibration anomaly detection systems in combined cycle power plants. The results showed that the LDV technique has a significant increase in accuracy from about 0.49 to approximately 0.52, while the ECPT technique has improved from about 0.9 to close 1.0. These advances highlight the growing accuracy of the methods and enable the development of more efficient and reliable learning machines.
Keywords: Anomaly Detection, Machine Learning, Eddy Current Proximity Transducers, Blade Tip Timing, Laser Doppler Vibrometer -
در داده های میکروآرایه با حجم بالا، تعداد کم نمونه ها و تغییرپذیری ذاتی در فرآیندهای بیولوژیکی باعث ایجاد مشکل افزایش هزینه محاسباتی و پیچیدگی طبقه بندی ها می شود. همچنین تفسیر ژن های عامل بیماری پیچیده است، چرا که از نظر بیولولوژیکی، تنها مجموعه کوچکی از ژن ها می توانند بیماری را با دقت بیشتری توصیف نمایند. اولین قدم در آنالیز داده های میکروآرایه، کاهش قابل توجه تعداد ژن ها یا به عبارتی انتخاب ژن های متمایز کننده در فرآیند طبقه بندی است. این مرحله انتخاب ژن نامیده می شود. در این مقاله از طبقه بندی بیان ژن پنج داده، سرطان روده، سرطان پستان، لوسمی، تومورهای پروستات و لنفوم های سلول های بزرگ پخش شده استفاده شده و هر یک از آن ها به تفکیک در چرخه انتخاب ویژگی و نیز دسته بندی با تعداد ویژگی های متغیر وارد می شوند.کلید واژگان: یادگیری ماشین، شبکه عصبی، تحلیل ژن های سرطان، طبقه بندی داده ها، بایومکانیکIn high-volume microarray data, the small number of samples and inherent variability in biological processes cause the problem of increasing computational cost and complexity of classifications. Also, the interpretation of disease-causing genes is complicated, because biologically, only a small set of genes can describe the disease more accurately. The first step in the analysis of microarray data is to significantly reduce the number of genes, or in other words, to select discriminating genes in the classification process. This step is called gene selection. In this article, gene expression classification of three types of data, colon cancer, breast cancer, leukemia, prostate tumors, and DLBCL are used, and each of them is separated in the feature selection cycle and also categorized with variable number of features. Results show the NN method had the best accuracy and performance among the classification methods for all four types of data.Keywords: Data Classification, Machine Learning, Neural Network, Cancer Analysis
-
ناپایداری احتراق بر اثر امواج آکوستیکی، می تواند منجر به آثار مخربی همچون تنش حرارتی بر روی بدنه محفظه احتراق، نویز، خاموشی شعله، برگشت شعله، ارتعاشات و حتی پدیده ی انفجار شود. این مقاله با به کارگیری روش طراحی آزمون، به صورت سازمان یافته، اقدام به جمع آوری داده تجربی برای پیش بینی خاموشی شعله کرده است. دسترسی به مواد اولیه آزمایش، تجهیزات، هزینه های آزمون و امکان آسیب رسیدن به مولد آکوستیک در دامنه های فشاری بالا، دلایلی است که می بایست نقاط آزمون را هوشمندانه انتخاب کرد. پارامتری که برای شناسایی شرایط خاموشی در نظر گرفته شده، توان آکوستیکی امواج آکوستیک است. چهار عامل اثرگذار فرکانس امواج، نسبت هم ارزی، عدد رینولدز جریان واکنش دهنده ها و قطر دیواره محفظه به عنوان ورودی برای مدل یادگیری ماشین در نظر گرفته شده است. به کمک روش رگرسیون بردار پشتیبان، تابعیت توان آکوستیکی موردنیاز برای خاموشی شعله متان و پروپان از پارامترهای مذکور استخراج شده است. محاسبه خطای مدل ارائه شده نشان داد که مدل ارائه شده در گستره وسیعی از پارامترهای فرکانس، نسبت هم ارزی، قطر محفظه و عدد رینولدز، دقت مناسبی دارد.
کلید واژگان: ناپایداری احتراق، خاموشی، آکوستیک، یادگیری ماشین، رگرسیون بردار پشتیبانCombustion instability induced by acoustic waves can lead to various undesired consequences, including thermal stress on the combustion chamber, noise, flame blow-off, flashback, vibrations, and even explosions. This paper employs the Design of Experiments approach to systematically gather reliable experimental data for predicting flame extinction. Considering the substantial cost of pure reaction gases and the potential damage to the acoustic driver under high-pressure conditions, it is imperative to intelligently select extinction test points. Machine learning methods are employed to determine optimal acoustic power levels for these values. The acoustic power required at the moment of extinction is a crucial metric in understanding this phenomenon. Four key features - frequency, equivalence ratio, wall diameter ratio, and Reynolds number - serve as inputs for a machine learning (ML) model. The collected data is utilized to train a selected supervised ML model, specifically the Support Vector Regression (SVR), to accurately predict the acoustic power level required for flame extinction in both methane and propane fuels. Evaluation using the R-squared metric demonstrates the model's accuracy and robust performance across diverse conditions.
Keywords: Combustion Instability, Extinction, Acoustic, Machine Learning, SVR -
پایش سلامت سازه ای (SHM) برای تضمین عملکرد ایمن زیرساخت ها و تصمیم گیری در مورد نگهداری، تعمیر و مقاوم سازی سازه استفاده می شوند. در این مقاله روش جدیدی مبتنی بر پردازش سیگنال و یادگیری ماشین برای پایش سلامت سازه ای ارائه شده است. روش پیشنهادشده، بر مبنای ویژگی های عمیق زمانی و زمان - فرکانس است. برای استخراج ویژگی های عمیق زمان - فرکانس، ابتدا نمایش زمان - فرکانس با استفاده از تبدیل فوریه زمان پیوسته (CWT) به دست می آید و در ادامه، به شبکه عصبی تلفیقی (CNN) اعمال می شود. برای استخراج ویژگی های عمیق زمانی، توابع حالت ضمنی (IMF) با استفاده از تجزیه حالت تجربی (EMD) به دست آمده و شبکه حافظه طولانی کوتاه مدت (LSTM)، IMFها را مدل می کند. با توجه به تعداد زیاد ویژگی های عمیق به دست آمده، با استفاده از الگوریتم کاهش ویژگی، ویژگی ها با همبستگی بالا حذف شدند. در نهایت با استفاده از بردار پشتیبان ماشین (SVM) بهینه شده، سلامت سازه یا محل آسیب شناسایی می شود. نتایج به دست آمده نشان می دهند روش پیشنهادی نسبت به روش های مشابه دقت بالایی در سناریوهای خطی و غیرخطی داشته و می تواند به عنوان روشی مطمئن در کابردهای SHM استفاده شود.
کلید واژگان: آسیب خطی، آسیب غیرخطی، پایش سلامت سازه ای، ویژگی زمانی، ویژگی زمان - فرکانس، یادگیری ماشینStructural health monitoring (SHM) systems are used to ensure the safe operation of infrastructure and making decisions about the structure's maintenance, repair, and retrofitting. This paper presents a new method based on signal processing and machine learning for SHM. The proposed method is based on deep temporal and time-frequency features. The time-frequency representation (TFR) is obtained using continuous time Fourier transform (CWT), then TRF is applied to the convolutional neural network (CNN) to extract deep time-frequency features. To extract the deep temporal features, the intrinsic mode functions (IMF) are obtained using the empirical mode decomposition (EMD), and the long short-term memory (LSTM) network models the IMFs. Due to the large number of deep features, the features with high correlation were removed using the feature reduction algorithm. Finally, using the optimized support vector machine (SVM), the structure's health or the damage's location is identified. The results show that the proposed method is more accurate than similar methods in linear and non-linear scenarios and can be used as a reliable method in SHM applications.
Keywords: Linear Dagame, Nonlinear Damage, Structural Health Monitoring, Temporal Features, Time-Frequency Features, Machine Learning -
در این مقاله هدف استفاده از مدل کمترین مربعات رگرسیون بردار پشتیبان (LS-SVR) جهت مدل سازی مکانی-زمانی مقدار محتوای الکترون کلی یونسفر (TEC) است. جهت انجام اینکار، از مشاهدات 15 ایستگاه GPS موجود در منطقه شمالغرب ایران در بازه زمانی روزهای 193 الی 228 از سال 2012 استفاده شده است. مقایسه نتایج مدل جدید با مدل های رگرسیون بردار پشتیبان (SVR)، مدل شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، مدل استنتاج عصبی-فازی سازگار (ANFIS)، مدل کریجینگ، مدل GIM، مدل تجربی بین المللی مرجع یونسفر 2016 (IRI2016) و همچنین مقادیر TEC حاصل از GPS به عنوان مشاهده مرجع انجام می گیرد. دقت همه مدل ها در ایستگاه های کنترل داخلی و خارجی ارزیابی و تفسیر شده است. آنالیزهای انجام گرفته نشان می دهد که میانگین RMSE مدل های ANN، ANFIS، SVR، LS-SVR، Kriging، GIM و IRI2016 در دو ایستگاه کنترل داخلی به ترتیب برابر با 91/3، 73/2، 27/1، 04/1، 70/2، 02/3 و 93/6 TECU بوده است. تجزیه و تحلیل روش PPP بهبود 50 میلی متری در مولفه های مختصات با استفاده از مدل LS-SVR را نشان می دهد. نتایج این مقاله نشان می دهد که مدل LS-SVR را می توان به عنوان جایگزینی برای مدل های جهانی و تجربی یونسفر در منطقه مورد مطالعه در نظر گرفت. مدل LS-SVR یک مدل یونسفر محلی با دقت بالا محسوب می شود.کلید واژگان: یونسفر، TEC، GPS، شمالغرب ایران، یادگیری ماشین، LS-SVRIn this paper, the aim is to use the least squares support vector regression (LS-SVR) for spatio-temporal modeling of the ionospheric total electron content (TEC). In order to do this, the observations of 15 GPS stations in the north-west of Iran have been used in the period from 193 to 228 at 2012. Comparing the results of the new model with support vector regression (SVR), artificial neural network (ANN), adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS), Kriging model, GIM and international reference ionosphere 2016 (IRI2016) as well as TEC obtained from GPS. The analyzes performed show that the averaged RMSE of ANN, ANFIS, SVR, LS-SVR, Kriging, GIM and IRI2016 models in two interior control stations are 3.91, 2.73, 1.27, 1.04, 2.70, 3.02 and 6.93 TECU, respectively. Also, the averaged relative error of the models in two interior control stations was calculated as 15.98%, 9.39%, 7.85%, 6.09%, 11.60%, 12.54% and 26.56%, respectively. Analysis of the PPP method shows an improvement of 50 mm in the coordinate components using the LS-SVR model. The results of this paper show that the LS-SVR model can be considered as an alternative to global and empirical models of the ionosphere in the study area.Keywords: Ionosphere, TEC, GPS, Northwest of Iran, Machine Learning, LS-SVR
-
در این پژوهش، تحلیل مفهومی بر روی رفتار رانندگی با تمرکز بر مصرف سوخت و خوشه بندی رانندگان ارائه شده است. داده های رانندگی 80 نفر توسط یک دستگاه ضبط کننده داده که به درگاه OBD خودرو متصل می شود، جمع آوری شدند. ویژگی های مهم مرتبط با مصرف سوخت توسط جدول همبستگی و مفاهیم موجود در حوزه قوای محرکه استخراج شدند. در این راستا، برخی متغیرهای کلیدی مانند شتاب گیری و ترمزگیری نیز تعریف شده و محاسبه شدند. سپس الگو های همبستگی بر روی ویژگی های استخراج شده به منظور پیش بینی مصرف سوخت اعمال شدند. در این تحلیل، تاثیرگذارترین عوامل رفتار رانندگی بر مصرف سوخت و میزان اثر آن ها بدست آمدند. سپس روش های یادگیری رایانه ای بدون نظارت به کار گرفته شدند تا رانندگان بر اساس نحوه رانندگی خود در خوشه های مختلف خوشه بندی شوند. بررسی مقایسه ای بر روی روش های مختلف برای ارزیابی کارایی روش های مختلف خوشه بندی انجام شده است. در پایان، پیشنهادات ارزشمندی برای سازندگان خودرو، سیاستگذاران و رانندگان با توجه نتایج ارائه شده است که به تاکید اثر رفتار رانندگی بر بهره وری سوخت و ظرفیت های آن برای سامانه های دستیار رانندگی می پردازد.
کلید واژگان: رفتار رانندگی، خوشه بندی رانندگان، مصرف سوخت، یادگیری رایانهای، هوش مصنوعیIn this study, a comprehensive analysis of driving behavior with an emphasis on fuel consumption and driver categorization is presented. Data from 80 drivers were collected using a custom-designed datalogger connected to the vehicle’s On-Board Diagnostics (OBD) port. Critical features related to driving patterns were extracted through a correlation matrix and concepts in the field of powertrains. Key variables such as acceleration and deceleration were identified and derived. Regression models were applied to predict fuel consumption based on this driving feature. Through this analysis, the most influential factors affecting fuel efficiency were highlighted. Additionally, unsupervised machine learning techniques were employed to cluster drivers into distinct groups based on their driving styles. A comparative study of various algorithms was conducted to evaluate the efficacy of different clustering methods. Valuable insights for automotive manufacturers, policymakers, and drivers are offered by the results, emphasizing the role of driving behavior in fuel efficiency and the potential for tailored driver assistance systems.
Keywords: Driving Behavior, Drivers Clustering, Fuel Consumption, Machine Learning, Artificial Intelligence -
The novel tri-generation system powered by geothermal energy is assessed from exergo-economic and thermodynamic perspectives. The proposed system consists of a geothermal single flash cycle, an ORC with the OFOH and the IHE, a HDH desalination system, and a double-effect absorption refrigeration system. This system aims to produce power, cooling load, and the freshwater. The design parameters effects such as geothermal inlet temperature, the flash chamber inlet pressure, HPG temperature difference, and steam-turbine outlet pressure on the main indicators, including exergy efficiency, cooling load, total product unit cost, and produced freshwater mass flow rate. Moreover, the multi-objective optimization is applied using machine learning method and Grey wolf algorithm to optimize the total product unit cost, the net generated power rate, and the exergy efficiency. Under base design conditions, the total product unit cost and the exergy efficiency are 77.8 $/GJ and 44.2%, respectively. Moreover, the results for the exergy efficiency, the total product unit cost, and the net generated power rate of the system under multi-objective optimization are 54%, 62.5 $/GJ, and 180 kW. Among all elements of the current system, TEG1 has the greatest rate of the exergy destruction, which is 94.02 kW. Additionally, the rate of the overall system exergy destruction is 221.72 kWKeywords: Tri-generation, Geothermal, Thermo-economic, Multi-objective optimization, Machine Learning
-
یکی از روش های رایج در پایش مقدار مصرف سوخت و آلایندگی وسائل نقلیه استفاده از چرخه رانندگی اختصاصی آن خودرو است. به دلیل اهمیت استخراج چرخه رانندگی در خودروهای سواری، اغلب تحقیقات به سمت بررسی چرخه رانندگی خودروهای سبک بوده است. یکی از چالش های مهم در استخراج چرخه رانندگی هر وسیله نقلیه ای تحلیل داده ها، طبقه بندی و تشخیص الگوی رانندگی است. از جمله وسائط نقلیه غیرجاده ای، تراکتورهای کشاورزی است که اندازه آن ها بستگی به عملیات کشاورزی دارد. همچنین عملیات کشاورزی انجام شده در مصرف سوخت، بارگذاری و آلایندگی تراکتورهای کشاورزی اثرگذار است. روش های جدید تحلیل و تشخیص الگوی رانندگی عموما بر اساس روش های مبتنی بر هوش مصنوعی است. معمولا دقت تشخیص و الگوی روش های مبتنی بر هوش مصنوعی بزرگتر از %90 است و دیگر ویژگی آن ها در تطبیق با کلان داده هاست. نتایج این تحقیق نشان داد که استفاده از روش های متداول یادگیری ماشین برای خوشه بندی و طبقه بندی برای هر حجمی از ویژگی ها قابل استفاده است. با این حال، افزایش ویژگی ها، پیچیدگی تقسیم بندی نواحی و تاثیر عوامل مدیریت مزرعه باعث اختلال در روند آموزش الگو و کاهش دقت چرخه رانندگی استخراج شده و پیش بینی رفتار رانندگی می شود. بنابراین استفاده از الگوهای پیشرفته با قابلیت یادگیری عمیق برای بهبود دقت استخراج چرخه رانندگی در تراکتورهای کشاورزی ضروری است. لذا استخراج چرخه رانندگی هوشمند برای تراکتورهای کشاورزی بر اساس نوع عملیات کشاورزی به کمک روش های هوش مصنوعی می تواند موجب طراحی بهینه این دست از وسائط نقلیه غیر جاده ای شود و بطور همزمان خروجی های آلایندگی و متغیرهای اثرگذار عملیات کشاورزی را در الگوی رانندگی دخیل کند.
کلید واژگان: هوش مصنوعی، یادگیری ماشین، یادگیری عمیق، تراکتور کشاورزی، الگوی چرخه رانندگیDriving cycle assessment is one of the common methods to evaluate a vehicle’s real-world condition also monitor fuel consumption and emissions. The basic challenge in the extraction of the driving cycle is data analysis to develop and define the suitable behavior of the device. Clustering, classification, and recognition of driving patterns are important steps in the extraction of a suitable driving cycle. Generally, the accuracy of modeling and recognition of AI-based methods is indicated by more than 90% and other outputs comply with big data. Thus, in this research, we endeavored to evaluate the effect of using artificial intelligence on the driving cycle of off-road vehicles. The major part of off-road vehicles are agricultural vehicles such as tractors which are divided into three categories based on agriculture operations; light, heavy, and extra heavy. In addition, the procedure of agricultural operation is effective on fuel consumption, loading, and exhaust emissions. The results of this research showed that the use of conventional machine learning methods for clustering and classification can be used for any volume of features. However, with an increase in features, the complexity of region segmentation and the effect of farm management factors cause overtraining conditions in the learning algorithm and reduce the accuracy of the extracted driving cycle and prediction of driving behavior. Therefore, it is necessary to use advanced algorithms with deep learning capabilities. Therefore, extracting the intelligent driving cycle for agricultural tractors based on the type of agricultural operation with the help of artificial intelligence methods can reduce fuel consumption, pollution, and optimal farm management.
Keywords: Artificial Intelligence, Machine Learning, Deep Learning, Agricultural Tractor, Driving Cycle Recognition -
شناورهای تندرو را شاید بتوان بارزترین مشخصه قدرت دریایی جمهوری اسلامی ایران در منطقه خلیج فارس و تنگه هرمز و در عین حال بزرگترین چالش عملیاتی و تاکتیکی برای ناوگان نیروی دریایی آمریکا در این منطقه برشمرد.شناورهای تندرو در سایر نقاط دنیا مورد استفاده قرار می گیرد ولی آنچه در ایران اتفاق افتاده و تولید علم محسوب می شود. در این راستا استفاده و بکارگیری از فناوری های نوظهور (هوش مصنوعی، یادگیری ماشین، یادگیری تقویتی، یادگیری عمیق،...) در حوزه شناورهای تندرو از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. یادگیری ماشین در حال تبدیل شدن به ابزاری قدرتمند برای طراحان و سازندگان شناورهای تندرو است. این فناوری می تواند در مراحل مختلف فرآیند طراحی و ساخت به کار گرفته شود تا منجر به شناورهایی کارآمدتر، ایمن تر و مقرون به صرفه تر شود. یادگیری ماشین می تواند برای پیش بینی عملکرد شناور در شرایط مختلف عملیاتی استفاده شود. یادگیری ماشین می تواند برای بهینه سازی عملکرد سیستم های پیشرانه شناور، مانند موتورها و پروانه ها استفاده شود. این امر می تواند به کاهش مصرف سوخت کمک کند. یادگیری ماشین می تواند برای تجزیه و تحلیل داده های حسگر از شناور برای پیش بینی خرابی های احتمالی استفاده شود. این امر می تواند به تعمیر و نگهداری پیشگیرانه و کاهش زمان خرابی کمک کند. در این مقاله به موضوع کاربرد یادگیری ماشین در طراحی و ساخت شناورهای تندرو پرداخته شده، مقالات پر استناد مورد بررسی و محصولات مبتنی بر هوش مصنوعی و یادگیری ماشین در این حوزه گزارش شده است.کلید واژگان: شناورهای تندرو، فناوری های نوظهور، یادگیری ماشینFast vessels can perhaps be considered the most obvious characteristic of the Islamic Republic of Iran's maritime power in the Persian Gulf and Strait of Hormuz region, and at the same time, the biggest operational and tactical challenge for the US Navy fleet in this region. High-speed boats are used in other parts of the world, but what happened in Iran is considered the production of science. In this regard, the use and application of emerging technologies (artificial intelligence, machine learning, reinforcement learning, deep learning,...) in the field of high-speed vessels is very important. Machine learning is becoming a powerful tool for designers and builders of speedboats. This technology can be applied at various stages of the design and construction process to result in more efficient, safer and cost-effective vessels. Machine learning can be used to predict float performance under various operating conditions. This can help designers and manufacturers to create vessels that meet the specific needs of customers. Machine learning can be used to optimize the performance of floating propulsion systems, such as engines and propellers. This can help reduce fuel consumption. Machine learning can be used to analyze sensor data from the vessel to predict potential failures. This can help with preventive maintenance and reduce downtime. In this article, the application of machine learning in the design and construction of high-speed vessels is discussed, the most cited articles are reviewed and products based on artificial intelligence and machine learning are reported in this field.Keywords: Fast Floats, Emerging Technologies, Machine Learning
-
تشخیص و اصلاح عیوب شمع ها در جلوگیری از مسائل موتور که می تواند منجر به عواقب عملیاتی و مالی قابل توجهی شود، بسیار مهم است. برای افزایش دقت و استحکام تشخیص عیب شمع، این تحقیق یک رویکرد ترنسفورمر پیچشی را معرفی می کند که از نقاط قوت شبکه های عصبی و ترنسفورمرها استفاده می کند تا به طور موثر وابستگی های زمانی محلی و طولانی را در علامت های صوتی شمع ها ثبت کند. نتایج این رویکرد پیشگامانه، همانطور که در جداول و شکل های همراه ارائه شده است، عملکرد برتر آن را نشان می دهد و به دقت چشمگیر 97.1% در مسئله چالش برانگیز طبقه بندی 4 کلاس صرفا با استفاده از علامت های صوتی دست یافته است. این دستاورد نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در حوزه تشخیص عیب شمع است، با ظرفیت راه اندازی روش های تشخیصی مطمئن تر و دقیق تر، که در نهایت به جلوگیری از خرابی های پرهزینه موتور و افزایش طول عمر موتور کمک می کند. همانطور که صنعت خودرو به تکامل خود ادامه می دهد، پذیرش روش های یادگیری عمیق مانند مبدل های ضرب پیچشی یک راه امیدوارکننده برای افزایش قابلیت اطمینان و عملکرد موتورهای احتراق داخلی ارائه می دهد و اهمیت این تحقیق را در زمینه پیشرفت های آینده خودرو برجسته می کند.
کلید واژگان: تشخیص عیب، شمع موتور، داده های صوتی، ترنسفورمر پیچشی، یادگیری ماشینDetecting and rectifying spark plug faults are pivotal in preventing engine-related issues that can have substantial operational and financial consequences. To improve the accuracy and robustness of spark plug fault diagnosis, this research introduces a novel Convolutional Transformer approach that leverages the strengths of Convolutional Neural Networks and Transformers, which effectively capture both local and extended temporal dependencies within spark plug acoustic signals. The results of this groundbreaking approach, as presented in accompanying tables and figures, demonstrate its superior performance, achieving an impressive 97.1% accuracy in a challenging 4-class classification scenario using solely acoustic signals. This achievement signifies a significant advancement in spark plug fault detection, potentially ushering in more reliable and precise diagnostic methods, ultimately contributing to the prevention of costly engine breakdowns and the extension of engine lifespan. Deep learning techniques such as Convolutional Transformers offer a promising way to improve the reliability and performance of internal combustion engines as the automotive industry continues to evolve, highlighting the importance of this research for future automotive developments.
Keywords: Fault Detection, Engine Spark Plug, Acoustic Signal, Convolutional Transformer, Machine Learning -
A computational fluid dynamic (CFD) and machine learning approach is used to investigate heat transfer on NASA airfoils of type NACA 0012. Several different models have been developed to examine the effect of laminar flow, Spalart flow, and Allmaras flow on the NACA 0012 airfoil under varying aerodynamic conditions. Temperature conditions at high and low temperatures are discussed in this article for different airfoil modes, which are porous mode and non-porous mode. Specific parameters included permeability of 11.36 x 10-10 m2, porosity of 0.64, an inertia coefficient of 0.37, and a temperature range between 200 K and 400 K. The study revealed that a temperature increase can significantly increase lift-to-drag. Additionally, employing both a porous state and temperature differentials further contributes to enhancing the lift-to-drag coefficient. The neural network also successfully predicted outcomes when adjusting the temperature, particularly in scenarios with a greater number of cases. Nevertheless, this study assessed the accuracy of the system using a SMOTER model. It has been shown that the MSE, MAE, and R for the best performance validation of the testing case were 0.000314, 0.0008, and 0.998960, respectively, at K = 3. However, the study shows that epoch values greater than 2000 increase computational time and cost without improving accuracy. This indicates that the SMOTER model can be used to classify the testing case accurately; however, higher epoch values are not necessary for optimal performance.Keywords: Computational modeling, Aerodynamics, Subsonic flow around airfoils, Heat transfer, Machine learning, CFD
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.