人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在橡膠復(fù)合材料耐磨性能和疲勞壽命預(yù)測中的應(yīng)用.pdf

1、橡膠材料的耐磨性和疲勞性受到多種因素的影響，研究過程中面臨著不易預(yù)測和分析的問題，且實驗周期長，費(fèi)時費(fèi)力。由于橡膠材料耐磨性和疲勞性與力學(xué)性能等具有關(guān)聯(lián)性，而且力學(xué)性能是較容易測得的，因此建立數(shù)學(xué)模型，研究這些性能同耐磨性、疲勞性之間的關(guān)系具有重要意義。鑒于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可模仿人腦對一系列數(shù)據(jù)做出多線路的學(xué)習(xí)和判斷的特點(diǎn)，本論文將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于橡膠復(fù)合材料的力學(xué)性能與其耐磨性、拉伸疲勞壽命之間關(guān)系的分析中，利用橡膠材料的力學(xué)性能預(yù)測耐

2、磨性能和拉伸疲勞壽命，建立了預(yù)測精度較高的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。此外，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入向量進(jìn)行敏感性分析，得出輸入向量對耐磨性能和拉伸疲勞壽命的影響大小。本論文的主要工作如下:
　　 (1)利用主成分分析法(Principal component analysis，簡稱PCA)對丁苯橡膠(SBR)和天然橡膠(NR)兩類復(fù)合材料的八種力學(xué)性能進(jìn)行降維分析，得到互不相關(guān)的三個主成分，作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入向量，對耐磨性進(jìn)行預(yù)測。通過改變網(wǎng)絡(luò)隱含

3、層的神經(jīng)元個數(shù)，研究神經(jīng)元個數(shù)與網(wǎng)絡(luò)預(yù)測精度之間的關(guān)系。所建立的網(wǎng)絡(luò)預(yù)測精度較高。在此基礎(chǔ)上利用基于輸入對輸出的局部偏導(dǎo)的敏感性分析方法計算了各個主成分的敏感度矩陣，分析主成分對耐磨性的影響程度。結(jié)果顯示第一主成分對SBR材料的耐磨性能影響最大。
　　 (2)采用對NR復(fù)合材料耐磨性能影響最大的主成分中包含的力學(xué)性能（100％定伸、拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率和硬度）作為輸入向量，NR復(fù)合材料的耐磨性能作為輸出向量，建立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為4*9

4、*1的三層BP網(wǎng)絡(luò)，直接分析力學(xué)性能和耐磨性能之間的關(guān)系。數(shù)據(jù)選擇過程中，遵守預(yù)測樣本與訓(xùn)練樣本相近且樣本無較大空白的原則。網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測準(zhǔn)確率達(dá)到93.1％，說明網(wǎng)絡(luò)適用于NR橡膠材料耐磨性的預(yù)測。利用敏感性分析方法對耐磨性的影響因素進(jìn)行分析，結(jié)果顯示100％定伸對耐磨性的影響最大。
　　 (3)采用100％定伸、拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率和Tanδ（7％剪切應(yīng)變）作為輸入向量，NR復(fù)合材料的拉伸疲勞壽命作為輸出向量，建立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為4*