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当塑料自然老化力学性能的灰色预测

发布时间:2021-09-11 23:26:51 阅读: 来源:煤气过滤器厂家

塑料自然老化力学性能的灰色预测

塑料自然老化力学性能的灰色预测黄伟,仇君(广西大学机械工程学院,广西南宁530004)时又无明显的分布特征时,难以用回归分析方法进行研宄。本文提出了基于灰色预测理论的塑料自然老化力学性能的预测方法,通过实例证实了这种方法具有良好的精度。 塑料是随着石油化学工业的发展而崛起的一种新型材料,由于其具有一系列优异的性能和很高的经济价值,利用领域日益扩大,它己成为机械、电子、汽车、化学建筑、包装等诸多工业领域不可缺少的重要材料。人均塑料使用量己成为一个国家工业化水平的重要指标。塑料具有良好的机械性能电性能化学性能以及尺寸稳定性能等,但其*大的缺点是不耐老化。在加工、贮存和使用过程中由于时间的长和各种内外因素的综合作用,其物理力学性能逐渐下降,*后导致其丧失使用性能。塑料的这种性质决定了在设计、使用及改进研究中必须考虑由于老化而带来的各种影响,必须研究老化过程中力学性能的变化规律。 1塑料老化力学性能研究现状塑料老化机理非常复杂,老化原因主要有光老化、氧及臭氧老化、生物降解、水降解等等。这些因素引起化学结构的破坏,使大分子断裂,分子量下降,导致原有性能丧失。而其力学性能的变化比其它性能更经常地支配着塑料件的设计、加工和应用。由于老化机理的复杂性,目前还难于直接研究各种老化原因引起的性能变化,而是通过试验数据来加以分析研究。目前现行的老化试验分为两类,一类是自然老化试验方法,它是直接利用自然环境条件进行的老化试验,另一类是人工加速老化试验方法,它是在实验室利用老化箱模拟自然环境条件的某些老化因素进行老化试验,从而加快材料老化过程,得出试验结果。由于老化因素的多样性及老化机理的复杂性,人工加速老化试验尚难代替自然老化试验。自然老化试验仍是目前*重要和*可靠的老化试验方法。但这种方法*费时间,同时也相当昂贵,获得的试验数据也很有限。工程中常采用回归分析对试验数据进行处理,得出回归公式后进行预测。这种方法要求试验数据具有明显的分布规律,同时要具有足够的数据量,因此在老化性能预测中局限性是相当大的。 2基于灰色理论的预测方法灰色系统理论自80年代初问世以来,无论在理论上还是在实际应用中均取得了长足的发展。在我国己成为进行系统分析、建模预测、决策、控制的一种独特思路和崭新方法。灰色预测是基于灰色系统理论的一种预测方法,它认为一切随机量都是在一定范围内,一定时间上变化的灰色量和灰过程。对于灰色量的处理不是通过大样本来寻求它的统计规律和概率分布,而是将无规律的原始数据,通过生成方法处理,变成比较有规律的时间序列数据,即根据数据处理方法找数据间的规律,再按微分方程拟合法1建立灰色动态模型,然后用微分方程的解实现系统的预测。因为客观系统无论多么复杂,它总是有规律和有序的,有整体功能用于许多有用的利用的。所以作为系统行为特征的数据,总是蕴含着某种规律。灰色预测方法具有只需要4个以上的原始数据,就可以对灰色系统进行分析、建模预测,建模方法简便易行,计算简单,预测却可以达到很高的精度的特点。特别是由于它对原始数据分布特征及样本量无特殊要求,因此对老化性能的研究无疑是一个有力的工具。部分信息己知,部分信息未知的系统称灰色系统,将塑料老化试验系统视为一含有未知信息的灰色系统,塑料老化主要力学指标为拉伸强度和断裂伸长率,通过试验可得到其原始数据,然后建立灰色预测模型即可进行预测分析。 对数据系列建立灰色GM(1,1)模型的基本原理和主要步骤如下:确定一个数据系列用*小二乘法求解白化方程系数Aa列出微分方程厂+ax(1)=u.(3)构造矩阵B与向量y,其中(8)对结果进行误差检验。 3塑料自然老化拉伸强度、断裂伸长率预测计塑料自然气候暴露试验,就是将塑料试样置于自然气候环境下暴露,使其经受日光、温度、氧气等气候因素的综合作用,通过测量其性能的变化来评估塑料老化性能。塑料自然气候暴露试验方法是采用暴露架,自由高度并按照国标GB3681(〈塑料自然气候暴露试验方法进行试验,塑料老化力学性能的测试,则按照9塑料力学性能试验针对顾客对的差异化需求方法总贝I进行。塑料拉伸强度和断裂伸长率是塑料老化*重要的性能参数,按照GB3681(〈塑料自然气候暴露试验方法试验,得到LDPE棚模大气自然老化试验结果如表1所示。 表1LDPE棚模大气老化试验结果老化时间/月拉伸强度/MPa断裂伸长工率对拉伸强度进行灰色预测如下:用6并做好清算工作个数据决定原始数据序列,为了运算方便及保证计算精度,取x(0)(t)计算出的生成数序列为对数据序列进行还原得到利用己建立的GM(1,1)进行外推可得到X(0)(7)=1.18808,Ax(0)以上计算结果及误差分析列于表2中。 表2拉伸强度预测结果老化时间/月试验序列/MPa预测序列/MPa相对误差从表中可见,本文对拉伸强度采用6个数据建立GM(1,1)模型,其拟合*大相对误差为3. 64%,平均相对误差为202%,而后用所建立的模型对老化时间为18个月和21个月的拉伸强度进行预测,误差为3.40%,6.75%,预测精度是相当好的。 采用同样方法可对断裂伸长率进行建模和预测,结果如表3所示。 表3断裂伸长率预测结果老化时间/月试验序列/MPa预测序列/MPa相对误差由表可见*大误差为4.89%,平均误差为3. 4小结通过采用灰色预测GM(1,1)模型对塑料自然老化力学性能的预测计算可知,灰色预测方法计算简单,计算步骤易于程序化,同时它所需要的数据量少,这些特点很适合应用于老化性能研究。本文针对LDPE棚模老化拉伸强度和断裂伸长率所进行的预测结果具有良好的精度。其方法可推广于类似的问题。

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