[發(fā)明專利]一種基于均勻試驗和ACE非參數(shù)回歸的高韌性水泥基工程復(fù)合材料的配合比設(shè)計方法

在審

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• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107330144A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李曉琴;杜茜;丁祖德;宋志剛;陳前均;李洛克
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06F17/18
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高韌性水泥基工程復(fù)合材料的配合比優(yōu)化設(shè)計方法，特別是設(shè)計一種基于均勻試驗設(shè)計及ACE非參數(shù)回歸方法的高韌性水泥基工程復(fù)合材料的最優(yōu)配合比設(shè)計方法。

背景技術(shù)

高韌性水泥基工程復(fù)合材料以水泥砂漿為基體，采用聚乙烯纖維（Polyethylene，PE）或聚乙烯醇纖維（Polyvinyl alcohol，PVA）作為纖維增強材料，摻加適量的硅粉、一級粉煤灰，化學(xué)添加劑如減水劑、增稠劑，消泡劑等，根據(jù)《纖維混凝土試驗方法標(biāo)準》拌合工藝制備而成。在拉伸、彎曲和剪切荷載下高韌性水泥基工程復(fù)合材料具有應(yīng)變硬化、多縫開裂的特性，在構(gòu)件上呈現(xiàn)出高延性的特征。

常用的高韌性水泥基工程復(fù)合材料的配合比設(shè)計方法多采用配合比表法、絕對體積法、正交設(shè)計試驗法和基于微觀力學(xué)、斷裂力學(xué)計算方法。配合比表法是一種較為簡便的設(shè)計方法，但通過這種方法選取的配合比配制的高韌性水泥基工程復(fù)合材料性能優(yōu)劣具有一定的隨機性，更重要的是高韌性水泥基工程復(fù)合材料的力學(xué)性能嚴重依賴于原材料性能，而各地材料（如纖維、水泥和粉煤灰）的性能均有差異。絕對體積法在進行配合比設(shè)計時在材料用量計算、選擇時存在較大的誤差，需要進行較多次數(shù)的試配試驗。正交設(shè)計試驗法在目標(biāo)函數(shù)關(guān)系未知的情況下無法實現(xiàn)以設(shè)計目標(biāo)為導(dǎo)向的可靠設(shè)計。微觀力學(xué)、斷裂力學(xué)計算方法在試驗設(shè)計過程對試驗儀器、試驗過程、試驗樣本數(shù)有較高的要求，此方法在使用時存在一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于均勻試驗設(shè)計及ACE（Automatic Correction of Errors，誤差自動校正，簡稱ACE）非參數(shù)回歸方法的高韌性水泥基工程復(fù)合材料的最優(yōu)配合比設(shè)計方法，該方法主要是通過設(shè)定試驗因素與水平數(shù)，選擇相應(yīng)的均勻設(shè)計表與均勻設(shè)計表的使用表，在試驗次數(shù)較少的基礎(chǔ)上，基于優(yōu)化目標(biāo)，采用ACE非參數(shù)回歸方法進行試驗數(shù)據(jù)分析得出最優(yōu)的高韌性水泥基工程復(fù)合材料的配合比。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于均勻試驗和ACE非參數(shù)回歸的高韌性水泥基工程復(fù)合材料的配合比設(shè)計方法，包括以下步驟：

（1）確定高韌性水泥基工程復(fù)合材料配合比的優(yōu)化目標(biāo)A；

（2）確定影響高韌性水泥基工程復(fù)合材料配合比的優(yōu)化目標(biāo)的主要因素作為試驗因素X_i，i=(1,2,…m)，m為試驗因素的X_i數(shù)量，確定因素范圍[X_imin，X_imax]；

（3）確定各試驗因素的水平，根據(jù)各試驗因素的水平數(shù)和試驗因素的個數(shù)選擇均勻設(shè)計表和均勻設(shè)計表的使用表進行均勻試驗設(shè)計，得到配合比表；

（4）根據(jù)配合比表進行試驗，采用ACE非參數(shù)回歸技術(shù)對試驗數(shù)據(jù)進行分析，確定最優(yōu)配合比；

（5）根據(jù)最優(yōu)配合比進行試驗驗證優(yōu)化的合理性。

步驟3中根據(jù)試驗因素的取值范圍和變化幅度確定試驗因素的水平數(shù)，水平數(shù)為試驗因素的3-5倍。

步驟4中ACE非參數(shù)回歸分析方法的步驟為：

（1）運用ACE非參數(shù)擬合技術(shù)進行試驗數(shù)據(jù)分析，其中采用擬合方法或插值算法得到目標(biāo)函數(shù)的表達形式，即在試驗因素取值范圍內(nèi)產(chǎn)生均勻分布的隨機數(shù)；

（2）在試驗因素取值范圍內(nèi)進行N次獨立隨機抽樣，得到一個響應(yīng)特征容量為N的仿真樣本；

（3）在試驗?zāi)繕?biāo)和約束條件下對響應(yīng)特征容量為N的仿真樣本進行統(tǒng)計篩選，獲得最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值下的優(yōu)化設(shè)計試驗參數(shù)。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

（1）本方法針對高韌性水泥基復(fù)合材料的極限拉伸應(yīng)變，從粉煤灰摻量、水灰比摻量、纖維體積摻量三個方面進行設(shè)計，提出了一種基于均勻試驗設(shè)計及ACE非參數(shù)回歸方法的高韌性水泥基工程復(fù)合材料的最優(yōu)配合比設(shè)計方法。根據(jù)主要影響優(yōu)化目標(biāo)的試驗因素進行均勻試驗設(shè)計，采用ACE非參數(shù)回歸方法對試驗數(shù)據(jù)進行分析處理，得到最優(yōu)的高韌性水泥基工程復(fù)合材料的配合比，其中此方法與其他試驗設(shè)計方法相比，在相同水平數(shù)的情況下，本試驗方法的試驗次數(shù)最少。

（2）采用均勻試驗設(shè)計方法進行試驗設(shè)計，其試驗數(shù)據(jù)更具有均勻性、代表性，能夠得出合理的結(jié)論。