[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于深度學(xué)習(xí)的碳纖維增強(qiáng)水泥基材料的設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010217536.4
• 申請(qǐng)日: 2020-03-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111445965B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王振軍;童崢;王笑風(fēng);周亮;霍金陽(yáng);楊博;彭沖;馬玉薇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 長(zhǎng)安大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G16C60/00
• 分類(lèi)號(hào): G16C60/00;G06T7/00;G06T7/40
• 代理公司: 西安睿通知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

1.一種基于深度學(xué)習(xí)的碳纖維增強(qiáng)水泥基材料的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，確定碳纖維增強(qiáng)水泥基材料的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)和物理性能設(shè)計(jì)參數(shù)；將n組已設(shè)計(jì)完成的碳纖維增強(qiáng)水泥基材料數(shù)據(jù)包作為訓(xùn)練樣本，將每組已設(shè)計(jì)完成的碳纖維增強(qiáng)水泥基材料數(shù)據(jù)包劃分為微觀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和物理性能數(shù)據(jù)，并構(gòu)建對(duì)應(yīng)的微觀結(jié)構(gòu)訓(xùn)練樣本集和物理性能訓(xùn)練樣本集；

其中，n＞100；每組微觀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)包含已設(shè)計(jì)完成的碳纖維增強(qiáng)水泥基材料的微觀設(shè)計(jì)參數(shù)、多幅掃描電子顯微鏡圖像及其對(duì)應(yīng)的二值化圖像、碳纖維分散性指標(biāo)、界面交互面積；每組物理性能數(shù)據(jù)包含已設(shè)計(jì)完成的碳纖維增強(qiáng)水泥基材料的物理性能設(shè)計(jì)參數(shù)、彎曲強(qiáng)度、導(dǎo)電系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)；

步驟2，根據(jù)微觀結(jié)構(gòu)訓(xùn)練樣本集，對(duì)應(yīng)構(gòu)建微觀結(jié)構(gòu)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；根據(jù)物理性能訓(xùn)練樣本集，對(duì)應(yīng)構(gòu)建物理性能深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；

步驟3，采用微觀結(jié)構(gòu)訓(xùn)練樣本集對(duì)微觀結(jié)構(gòu)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到微觀結(jié)構(gòu)評(píng)估模型；采用物理性能訓(xùn)練樣本集對(duì)物理性能深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到物理性能評(píng)估模型；

步驟4，隨機(jī)選擇ε組已設(shè)計(jì)完成的碳纖維增強(qiáng)水泥基材料數(shù)據(jù)包，ε＞45，對(duì)應(yīng)ε個(gè)已設(shè)計(jì)完成的碳纖維增強(qiáng)水泥基材料；給定待設(shè)計(jì)目標(biāo)材料的彎曲強(qiáng)度、導(dǎo)電系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)，計(jì)算待設(shè)計(jì)目標(biāo)材料與每個(gè)已設(shè)計(jì)完成的碳纖維增強(qiáng)水泥基材料之間的性能損失值，進(jìn)而計(jì)算每個(gè)性能損失值相對(duì)于待設(shè)計(jì)目標(biāo)材料的彎曲強(qiáng)度、導(dǎo)電系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)的偏導(dǎo)；

步驟5，將每個(gè)已設(shè)計(jì)完成的碳纖維增強(qiáng)水泥基材料數(shù)據(jù)包中的部分微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)輸入微觀結(jié)構(gòu)評(píng)估模型，對(duì)應(yīng)得到微觀結(jié)構(gòu)評(píng)估模型每個(gè)全連接層的每個(gè)神經(jīng)元的輸出結(jié)果；將每個(gè)已設(shè)計(jì)完成的碳纖維增強(qiáng)水泥基材料數(shù)據(jù)包中的物理性能設(shè)計(jì)參數(shù)輸入物理性能評(píng)估模型，對(duì)應(yīng)得到物理性能評(píng)估模型每個(gè)全連接層的每個(gè)神經(jīng)元的輸出結(jié)果；根據(jù)每個(gè)性能損失值相對(duì)于待設(shè)計(jì)目標(biāo)材料的彎曲強(qiáng)度、導(dǎo)電系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)的偏導(dǎo)，采用反向傳播法計(jì)算物理性能評(píng)估模型每個(gè)全連接層的每個(gè)神經(jīng)元輸出偏差，進(jìn)而計(jì)算微觀結(jié)構(gòu)評(píng)估模型每個(gè)全連接層的每個(gè)神經(jīng)元輸出偏差；并據(jù)此計(jì)算目標(biāo)材料的微觀設(shè)計(jì)參數(shù)和物理性能設(shè)計(jì)參數(shù)，即得到目標(biāo)材料的設(shè)計(jì)方案。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于深度學(xué)習(xí)的碳纖維增強(qiáng)水泥基材料的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)包含碳纖維摻量、水灰比、碳纖維混合類(lèi)型、攪拌時(shí)間、攪拌速度、分散劑類(lèi)型、養(yǎng)護(hù)溫度、養(yǎng)護(hù)濕度和水泥強(qiáng)度；所述物理性能設(shè)計(jì)參數(shù)包含碳纖維分散性指標(biāo)、界面交互面積、養(yǎng)護(hù)溫度、養(yǎng)護(hù)濕度、養(yǎng)護(hù)時(shí)間、碳纖維強(qiáng)度、碳纖維導(dǎo)電率、碳纖維導(dǎo)熱率、水泥強(qiáng)度；

步驟5中，所述部分微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)為碳纖維摻量、水灰比、碳纖維混合類(lèi)型、攪拌時(shí)間、攪拌速度和分散劑類(lèi)型。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于深度學(xué)習(xí)的碳纖維增強(qiáng)水泥基材料的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述碳纖維混合類(lèi)型包含前摻法和后摻法；所述分散劑類(lèi)型包含甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉和羥乙基纖維素。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于深度學(xué)習(xí)的碳纖維增強(qiáng)水泥基材料的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述掃描電子顯微鏡圖像對(duì)應(yīng)的二值化圖像中水泥基體材料的像素點(diǎn)灰度值為255、對(duì)應(yīng)碳纖維的像素點(diǎn)灰度值為0；或者水泥基體材料的像素點(diǎn)灰度值為0、對(duì)應(yīng)碳纖維的像素點(diǎn)灰度值為255。