多手段协同优化碳纤维混合材料研究.pdf

信息记录材料 年 月 第 卷第 期多手段协同优化碳纤维混合材料研究孟 桐，张志鹏（华北水利水电大学土木与交通学院 河南 郑州）（许昌学院土木工程学院 河南 许昌）【摘摘要要】普通混合料受温度影响显著，为满足融雪化冰有较高标准的场地的需求，通过掺加碳纤维对混合料进行改良。根据单因素实验初步确定碳纤维长度、掺量、沥青用量，并利用响应面设计分析不同因素交互作用对碳纤维混合料抗弯强度的影响，基于响应面数据库利用 神经网络构建出高精度预测优化模型。研究表明：混合料中碳纤维长度分别与掺量、沥青用量两者交互作用对其抗弯强度影响不显著，其中掺量、沥青用量的交互作用对抗弯强度影响显著；响应面优化各因素误差为 ；利用 模型进行预测优化时误差为 ，实现了各因素高精度优化。【关关键键词词】碳碳纤纤维维混混合合料料；响响应应面面优优化化设设计计；模模型型【中中图图分分类类号号】【文文献献标标识识码码】【文文章章编编号号】（）作者简介：孟桐（），女，吉林白城，硕士，研究方向：道路材料。引言随着城市建设的不断发展，对于道路、停车场、机场跑道等场地的质量要求也在不断提高。在寒冷地区，冬季常常出现融雪化冰的情况，在这种情况下，对于场地材料的要求会更加严格。混合料是一种常用的场地材料，其中环境温度对于沥青混合料性能的影响最为明显，尤其是在低温环境下容易发生开裂、变形等现象，从而影响使用寿命和性能。因此，对于这类场地材料，需要寻求更加有效的改良方法。碳纤维作为一种高性能增强材料，具有优异的机械性能、化学稳定性和导电性等特点，在混合料中的应用备受关注。通过掺加适量的碳纤维，可以显著提高混合料的力学性能、耐久性和稳定性能。有研究发现，掺加碳纤维量在 时，能够有效地吸附沥青，提高沥青裹覆能力，同时还具有加固、稳定等功能，有利于提高道路使用性能。当碳纤维用量在 并继续增大时，其在沥青中的分散性变差，从而导致沥青路面性能下降。目前现有的研究多为单因素实验，未能全面考虑不同因素交互作用对改良效果的影响，并且缺乏精确的预测模型，难以指导实际工程应用。因此，本文旨在通过单因素实验初步确定碳纤维长度、碳纤维掺量、沥青用量三个因素对沥青混合料进行改良的影响，并分析不同因素交互作用对混合料抗弯强度的影响。最终构建了一个高精度的碳纤维混合料预测优化模型，为实际工程应用提供理论支持和技术指导。试验材料及方法 原材料试验的研究对象为碳纤维混合料，主要原料包括：（）碳纤维。拉伸强度 ，吸湿率 ，平均直径 。（）沥青基质材料。针入度 ，软化点，延度 ，沥青基本物理性能见表。（）集料。集料粒径分别为 ，和 。集料基本物理性能见表。利用上述材料制备 级配混合料，其中 粒径碎石配合比 ，粒 径 碎 石 配 合 比 ，粒径碎石配合比，矿粉掺量为。此外，混合料中还需要掺入不同长度和掺量的碳纤维。表 沥青基本物理性能针入度 软化点 延度 密度延度（）溶解度 表 集料基本物理性能表观密度（）吸水率 压碎指标 含泥量 实验方法计算试件破坏时的抗弯拉强度、破坏时的梁底最大弯拉应变 及破坏时的弯曲劲度模量。（）（）（）上述式中：试件破坏时的抗弯拉强度，；试件破坏时的最大弯拉应变，；试件破坏时的弯曲劲度模量，；跨中断面试件的宽度，；跨中断面试件的高度，；试件的跨径，。结果与分析 单因素实验本次实验主要研究了碳纤维长度、碳纤维掺量、沥青用量对混合料抗弯强度的影响，碳纤维长度为、；碳纤维掺量为、，沥信息记录材料 年 月 第 卷第 期青用量为、。由图（）可知，随着碳纤维长度的增加，混合料抗弯强度表现出先增加后降低趋势，当碳纤维长度为 时混合料抗弯强度最大为 。综上所述，初步选定碳纤维长度为 。由图（）可知，随着碳纤维掺量的增加，混合料抗弯强度表现出先增加后稳定随后降低趋势，当碳纤维掺量为 和 时，混合料抗弯强度相对最大，分别为 和 。综上所述，初步选定碳纤维掺量为 和，考虑抗弯强度性能，本文选取的碳纤维掺量为 。由图（）可知，随着沥青用量的增加混合料抗弯强度呈现先增加后显著降低趋势，当碳纤维掺量为 时，混合料抗弯强度最大，为 。综上所述，初步选定沥青用量为 。图 不同沥青用量、碳纤维含量、碳纤维长度抗弯强度变化 响应面优化实验 实验优化设计根据前期单因素实验，通过响应面（，）优化实验设计以抗弯强度（）为响应值，以 个因素碳纤维长度（）、碳纤维掺量（）、沥青用量（）为自变量，研究不同因素对混合料抗弯强度影响。试验因素与水平见表，试验设计及结果见表。表 试验因素与水平因素编码水平碳纤维长度（）碳纤维掺量（）沥青用量（）表 试验设计及结果序号碳纤维长度（）碳纤维掺量（）沥青用量（）（）信息记录材料 年 月 第 卷第 期 方差分析根据表 试验设计及结果，通过 对数据拟合分析，建立混合料抗弯强度与碳纤维长度、碳纤维掺量、沥青用量的多元回归模型见式（）。（）为了验证混合料抗弯强度模型的可靠性，对模型进行方差分析，分析结果见表。表 方差分析结果方差来源平方和自由度均方显著性模型 残差 失拟项 纯误差 总误差 注：“”为差异显著（）；“”为差异极显著（）“”差异不显著（）；“”为方差分析中，不需填入的数据。由表 方差分析可知，混合料抗弯强度回归模型的 ，极显著；失拟项 ，不显著；决定系数 和调整决定系数 均趋近于；变异系数为 ，；信噪比 ；以上结果均表明该模型可靠性较高，能准确地描述出不同变量之间的关系，该实验方法可行。该模型因素间交互作用的响应面和等高线图如图 所示。响应面图可以反映不同因素间的交互作用，混合料中碳纤维长度（）分别与碳纤维掺量（）、沥青用量（）两者交互作用对混合料抗弯强度影响不显著，碳纤维掺量（）、沥青用量（）的交互作用对混合料抗弯强度影响显著，即，与方差分析结果一致。图 碳纤维长度、碳纤维掺量、沥青用量响应面和等高线图信息记录材料 年 月 第 卷第 期 模型优化结果通过响应面实验优化设计寻得混合料抗弯强度最大情况下不同因素的情况见表，经过 次平行实验测量混合料抗弯强度为 。预测值与实验值之间误差为，表明该回归模型能对混合料抗弯强度进行预测。表 模型优化结果碳纤维长度（）碳纤维掺量（）沥青用量（）（）预测值实验值误差 神经网络优化由于响应面实验设计中数据均在给定范围内且由于不同因素交互作用的影响为非线性关系，为得到精度更高的模型可以通过神经网络进行优化。神 经 网 络 是 一 种 基 于 误 差 反 向 传 播 算 法（，）的前馈型人工神经网络（，），根据图 可知当隐含层节点数为 个时 为 最大，为 最小，表明该 神经网络模型预测精度高、拟合效果较好。神经网络模型训练时采用（）算法，隐含层和输出层分别采用 和 作为激活函数，设定训练次数为，学习率取，训练目标最小误差为 对 神经网络进行训练，训练结果如图 所示。图 神经网络训练结果 基于 神经网络数据，将其视为目标函数，通过遗传算法混合料抗弯强度进行寻优，寻优过程中个体适应度变化曲线如图所示，最终得到混合料各因素最优值如表 所示。表 模型优化结果碳纤维长度（）碳纤维掺量（）沥青用量（）抗弯强度 预测值实验值误差 结论（）通过单因素实验确定碳纤维长度、碳纤维掺量、沥青用量各因素最佳范围分别为 、和 。（）采用 响应面实验设计优化影响混合料抗弯强度的各因素，通过方差回归分析和响应曲面显著性分析，表明碳纤维长度（）分别与碳纤维掺量（）、沥青用量（）两者交互作用对混合料抗弯强度影响不显著，碳纤维掺量（）、沥青用量（）的交互作用对混合料抗弯强度影响显著，实验值与预测值之间相对误差为 。（下转第 页）信息记录材料 年 月 第 卷第 期完成 干扰（如图 所示）总共分为以下三步：在攻防对抗开始前，在边界侧核心交换机或汇聚交换机上，对南北向、东西向网络端口的镜像流量进行监测。自定义设置干扰规则，设置虚拟干扰 返回数据量、干扰时长、是否反馈受控主机。开启 干扰压制功能，使 干扰功能生效。图 干扰逻辑流程图 方案收益第一，保护企业声誉。蜜罐反制技术可以帮助企业尽早发现并处理安全威胁，避免发生严重的安全事件，从而保护企业的声誉和信誉。第二，反制获取指纹。通过反制技术，安全人员可以收集并分析恶意攻击者的攻击手段和方式，初步判断恶意攻击者所属的 组织，并向相关部门提供相关线索。第三，震慑违法行为。反制技术可以模拟出看似真实的网络、系统和应用程序，吸引攻击者主动攻击，并实施反制。这使得黑灰产业链的恶意攻击者暴露在了监测之下，安全人员可以及时发现相关攻击行为，并分析、记录其攻击行为，协助打击黑灰产业链，震慑违法攻击行为。结语欺骗防御反制和干扰技术是信息安全领域中重要的技术手段，用于对抗不断进化的威胁和攻击。它们在保护系统和数据安全方面发挥着关键的作用。然而，需要注意的是，欺骗防御反制和干扰技术并非万能的解决方案。攻击者不断改进和演化其攻击手法，因此防御技术也需要不断创新和升级。欺骗防御反制技术和干扰技术在实际应用中，也需要平衡防御和可用性之间的关系，确保不会对正常用户或系统造成不必要的干扰或误判。此外，技术的发展也需要与法律法规和道德规范相一致，确保其合法性和道德性。【参考文献】朱建明，基于博弈论的信息安全技术评价模型 计算机学报，（）：，（）：邵晓慧，季元翔，乐欢 云计算与大数据环境下全方位多角度信息安全技术研究与实践 科技通报，（）：史伟奇，程杰仁，唐湘滟，等 蜜罐技术及其应用综述 计算机工程与设计，（）：姜伟 基于攻防博弈模型的主动防御关键技术研究 哈尔滨：哈尔滨工业大学，（上接第 页）（）通过 神经网络能更高精度预测优化混合料各因素，优化后的各个参数为：碳纤维长度为 、碳纤维掺量为 、沥青用量为 ，实验值与预测值之间相对误差为 ，优化精度显著提高。【参考文献】王明道，姜宁，赵新涛，等 纤维增强热塑性树脂基复合材料固相复合成型工艺研究进展 材料科学与工艺：，（）：侯雨，宋子轩，薛俊东，等 二氧化硅气凝胶 硅酸铝复合纤维纸的制备及其耐热与力学性能研究 复合材料科学与工程：秦若森，孙守政，韩振宇，等 打印连续纤维增强热塑性复合材料成型质量的研究进展 材料导报，（）：，：，：