[发明专利]一种基于均匀试验和ACE非参数回归的高韧性水泥基工程复合材料的配合比设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高韧性水泥基工程复合材料的配合比优化设计方法，特别是设计一种基于均匀试验设计及ACE非参数回归方法的高韧性水泥基工程复合材料的最优配合比设计方法。

背景技术

高韧性水泥基工程复合材料以水泥砂浆为基体，采用聚乙烯纤维（Polyethylene，PE）或聚乙烯醇纤维（Polyvinyl alcohol，PVA）作为纤维增强材料，掺加适量的硅粉、一级粉煤灰，化学添加剂如减水剂、增稠剂，消泡剂等，根据《纤维混凝土试验方法标准》拌合工艺制备而成。在拉伸、弯曲和剪切荷载下高韧性水泥基工程复合材料具有应变硬化、多缝开裂的特性，在构件上呈现出高延性的特征。

常用的高韧性水泥基工程复合材料的配合比设计方法多采用配合比表法、绝对体积法、正交设计试验法和基于微观力学、断裂力学计算方法。配合比表法是一种较为简便的设计方法，但通过这种方法选取的配合比配制的高韧性水泥基工程复合材料性能优劣具有一定的随机性，更重要的是高韧性水泥基工程复合材料的力学性能严重依赖于原材料性能，而各地材料（如纤维、水泥和粉煤灰）的性能均有差异。绝对体积法在进行配合比设计时在材料用量计算、选择时存在较大的误差，需要进行较多次数的试配试验。正交设计试验法在目标函数关系未知的情况下无法实现以设计目标为导向的可靠设计。微观力学、断裂力学计算方法在试验设计过程对试验仪器、试验过程、试验样本数有较高的要求，此方法在使用时存在一定的局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于均匀试验设计及ACE（Automatic Correction of Errors，误差自动校正，简称ACE）非参数回归方法的高韧性水泥基工程复合材料的最优配合比设计方法，该方法主要是通过设定试验因素与水平数，选择相应的均匀设计表与均匀设计表的使用表，在试验次数较少的基础上，基于优化目标，采用ACE非参数回归方法进行试验数据分析得出最优的高韧性水泥基工程复合材料的配合比。

本发明的技术方案是：一种基于均匀试验和ACE非参数回归的高韧性水泥基工程复合材料的配合比设计方法，包括以下步骤：

（1）确定高韧性水泥基工程复合材料配合比的优化目标A；

（2）确定影响高韧性水泥基工程复合材料配合比的优化目标的主要因素作为试验因素X_i，i=(1,2,…m)，m为试验因素的X_i数量，确定因素范围[X_imin，X_imax]；

（3）确定各试验因素的水平，根据各试验因素的水平数和试验因素的个数选择均匀设计表和均匀设计表的使用表进行均匀试验设计，得到配合比表；

（4）根据配合比表进行试验，采用ACE非参数回归技术对试验数据进行分析，确定最优配合比；

（5）根据最优配合比进行试验验证优化的合理性。

步骤3中根据试验因素的取值范围和变化幅度确定试验因素的水平数，水平数为试验因素的3-5倍。

步骤4中ACE非参数回归分析方法的步骤为：

（1）运用ACE非参数拟合技术进行试验数据分析，其中采用拟合方法或插值算法得到目标函数的表达形式，即在试验因素取值范围内产生均匀分布的随机数；

（2）在试验因素取值范围内进行N次独立随机抽样，得到一个响应特征容量为N的仿真样本；

（3）在试验目标和约束条件下对响应特征容量为N的仿真样本进行统计筛选，获得最优目标函数值下的优化设计试验参数。

本发明的优点是：

（1）本方法针对高韧性水泥基复合材料的极限拉伸应变，从粉煤灰掺量、水灰比掺量、纤维体积掺量三个方面进行设计，提出了一种基于均匀试验设计及ACE非参数回归方法的高韧性水泥基工程复合材料的最优配合比设计方法。根据主要影响优化目标的试验因素进行均匀试验设计，采用ACE非参数回归方法对试验数据进行分析处理，得到最优的高韧性水泥基工程复合材料的配合比，其中此方法与其他试验设计方法相比，在相同水平数的情况下，本试验方法的试验次数最少。

（2）采用均匀试验设计方法进行试验设计，其试验数据更具有均匀性、代表性，能够得出合理的结论。