[發(fā)明專利]基于環(huán)境大數(shù)據(jù)和機器學(xué)習(xí)的高分子材料服役壽命預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010934619.5
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112331281B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 覃家祥;李淮;陶友季;時宇;張曉東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電器科學(xué)研究院股份有限公司
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G06F30/27;G06N20/00;G06F113/26;G06F119/04;G06F119/08
• 代理公司: 廣州知友專利商標(biāo)代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國華;劉艷麗

本發(fā)明公開了一種基于環(huán)境大數(shù)據(jù)和機器學(xué)習(xí)算法預(yù)測高分子材料服役壽命的方法，該方法通過提取自然環(huán)境的特征數(shù)據(jù)作為特征參數(shù)，運用主成分分析算法對特征參數(shù)數(shù)據(jù)進行降維減噪處理，把處理后的結(jié)果作為輸入?yún)?shù)，以及對應(yīng)材料的老化程度作為輸出參數(shù)，將部分地區(qū)的試驗數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，利用Python軟件進行環(huán)境與性能變化關(guān)系的機器學(xué)習(xí)，構(gòu)建壽命預(yù)測模型，用于下一步不同地區(qū)的高分子材料服役壽命預(yù)測。該方法具有方便、快捷，準(zhǔn)確度高等優(yōu)點，能夠有效減少試驗工作量，可用于指導(dǎo)材料的耐候性提升及產(chǎn)品耐候性設(shè)計。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子材料服役壽命預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于環(huán)境大數(shù)據(jù)和機器學(xué)習(xí)的高分子材料服役壽命預(yù)測方法。

背景技術(shù)

高分子材料由于一系列優(yōu)異的性能和較高的性價比，其應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大，廣泛應(yīng)用于汽車、電子、電器、建筑、包裝、化工、生物工程等領(lǐng)域裝備產(chǎn)品中。裝備產(chǎn)品高分子材料在加工、貯存和服役過程中隨著時間的增長和各種內(nèi)在和外在因素的共同作用下，高分子材料例如塑料、橡膠、涂料、油墨等會逐漸失去光澤、摧色、黃變、開裂、脫皮、脆化、及各種物理為學(xué)性能的下降，最后導(dǎo)致其喪失使用性能。相比于金屬材料，高分子材料更容易老化，其壽命決定著裝備的服役壽命。因此，高分子材料的服役壽命預(yù)測一直是行業(yè)關(guān)注的問題。

目前，現(xiàn)有的高分子材料服役壽命預(yù)測方法如下：

(1)線性關(guān)系法。在不同的溫度條件下，當(dāng)材料性能P達到臨界值時，老化時間t的對數(shù)與老化溫度T的倒數(shù)成直線關(guān)系。線性關(guān)系法是從材料性能P隨老化時間t變化服從一級反應(yīng)規(guī)律推導(dǎo)出獲得。而老化反應(yīng)速率常數(shù)K和老化溫度T服從阿倫尼烏斯方程式。因此，線性關(guān)系法計算公式如下：

f(P)＝Kt＝Ae^-E/RT (式1)

式中，K為老化反應(yīng)速率常數(shù)，t為時間，A為指前因子，E為反應(yīng)活化能，T為溫度，R為氣體常數(shù)。但該方法存在嚴重的不足是，不同溫度下的老化可能存在不同的老化機理，使得老化速率常數(shù)存在差異；同時該方法還忽略了環(huán)境濕度的影響，這就在很大程度上降低試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(2)變量折合法。變量折合法本質(zhì)上是一種畫圖的方法。根據(jù)時間溫度的等效原理，將高溫條件下的試驗數(shù)據(jù)折算成較低溫度條件下的數(shù)據(jù)。溫度和時間存在如下的對應(yīng)關(guān)系：

P(T₁，t)＝P(T₂，t/α_T) (式2)

式中，P為性能，T為溫度，t為時間，α_T變換因子。該方法的局限性是設(shè)定不同溫度下的老化機理及反應(yīng)速率不變，其他因素不影響老化反應(yīng)或影響很小，而實際服役狀態(tài)下的高分子材料往往是在綜合環(huán)境的協(xié)同作用下逐漸老化，這會導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果與實際服役壽命存在較大差別。

(3)數(shù)學(xué)模型法。通過擬合溫度、濕度、輻照對大部分高分子材料老化的影響并參數(shù)化，獲得基于各環(huán)境因素與材料服役壽命的數(shù)學(xué)關(guān)系模型。