一种轻武器部件及其复合材料、高分子材料的环境适应性评价方法技术

本发明专利技术公开了一种轻武器部件的环境适应性评价方法，采用灰色关联方法对比分析材料及其工艺在不同环境条件下(环境因素类别、强度等)的性能退化差异，计算得到温度、相对湿度、太阳辐射等环境因素与材料性能退化的关联程度，并得到主要环境因素的关联系数和排序，以关联系数为基础、采用归一化方法确定环境适应性综合评判各因素的权重因子；以历史数据为基础，采用模糊隶属度分析方法构建主要环境因素隶属函数，利用模糊综合评判方法开展轻武器部件及关键材料的环境适应性评价。

An Environmental Adaptability Assessment Method for Light Weapon Components, Composites and Polymer Materials

【技术实现步骤摘要】
一种轻武器部件及其复合材料、高分子材料的环境适应性评价方法
本专利技术涉及一种复合材料部件的环境适应性评价方法，尤其涉及采用该复合材料部件的轻武器的环境适应性评价方法。
技术介绍
灰色关联分析是从不完全的信息中，对所要分析研究的各因素，通过一定的数据处理，在随机的因素序列间，找出它们的关联性。灰色关联分析可以从众多因素中确定出影响系统的主要因素以及因素对系统影响的差别。在自然环境试验数据的处理中，可用于确定影响材料和产品环境适应性的主要因素。综合评价是对受到多种因素制约的事物或对象，做出一个总的评价。由于在很多问题上，我们对事物的评价常常带有模糊性，因此，应用模糊数学的方法进行综合评价将会取得更好的实际效果。模糊综合评价指的是运用模糊数学思想，通过调查采样、积累相关数据，评价不易量化的复杂系统的过程。模糊综合评价的数学模型可分为一级模型与多级模型两类。目前，在轻武器装备满足轻量化、长寿命和高环境适应性大背景下，大量应用复合材料、塑料，同时也带来了新的问题。在高温高湿、高辐射条件下，复合材料及塑料性能劣化的速率相对较快，迫切需要了解材料及部件在不同环境下的性能退化差异。现有针对轻武器部组件复合材料的适应性评估方法较为欠缺，对于环境因素对材料性能的影响程度定量描述难度较大，严重影响了轻武器部组件环境适应性评价方法的建立。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种一致性好、过程简单易操作的轻武器部件的复合材料和高分子材料的环境适应性评价方法，并能在有限的试验数据和环境因素数据基础上，计算推演材料及部件在不同环境下的环境适应性能力，得到材料及部件的环境适应性综合评价结果。为了实现上述目的，本专利技术是这样实现的：一种复合材料、高分子材料的环境适应性评价方法，包括以下步骤：第一步：采用灰色关联分析方法进行主环境因素分析；第二步：通过归一化方法确定环境因素权重；第三步：依据历史数据或材料损伤机理分析并建立关键性能退化和大气自然环境因素的隶属函数；第四步：采用模糊综合评价方法评估复合材料、高分子材料在大气自然环境下的的环境适应能力。其中，历史数据可根据需要评价的性能以及能够影响该性能的某些或全部因素进行预先的检测得到。具体而言，包含以下步骤：1.轻武器部组件环境适应性评价步骤如下：第一步：采用灰色关联分析方法进行主环境因素分析；1.1)建立环境因素集环境因素集是影响装备环境适应性的各种因素所组成的集合。通常包含温度、湿度、润湿时间、雨水pH值、太阳辐射、氯离子等。1.2)确定环境因素权重通过灰色关联分析法可以分析影响轻武器部件性能的主要因素，并得到主要因素的关联度。第二步：通过归一化方法确定环境因素权重；在模糊综合评判中，需要根据每个因素的重要程度，赋予每个因素相应的权重。选取主要环境因素的关联度进行归一化处理可以得到主要环境因素的权重，设第i个因素ui的权重记为wi。第三步：依据历史数据或材料损伤机理分析并建立关键性能退化和大气自然环境因素的隶属函数；3.1)确定模糊评价集在模糊综合评估中，评价集是以评判的各种可能结果为元素所组成的集合。为了综合分析各单因素的影响，将产品的环境适应性分为5个等级{很好，好，一般，基本适应，不适应}，因此评价集可表为：V＝{v1，v2，v3，v4，v5}。3.2)构建隶属函数矩阵隶属函数矩阵R是描述评价因素集和评语集关系的函数，它由表示因素属于某种评语程度的若干组评价向量构成，R＝(rij)(i＝1，…，m；j＝1，…，n)。rij表示因素i隶属于第j种评语的程度，且模糊综合评价中，隶属函数形式的选择与实际应用问题有关。通过分析环境因素集，针对以轻武器部件的环境适应性可分别选用梯形或正态分布隶属函数。第四步：采用模糊综合评价方法评估复合材料、高分子材料在大气自然环境下的的环境适应能力。4.1)确定综合评判集隶属函数矩阵R是集合U和V之间的一个模糊关系。由模糊数学原理，R确定了一个模糊映射，把U上的一个模糊子集A映射到V上的一个模糊子集B。A是映射的原像，B是映射的像。借助于模糊变换B＝A·R＝(A1，A2，…，Am)·R＝(b1，b2，…，bn)。4.2)计算综合评估结果通过前述步骤可计算出轻武器部件在某一具体环境下的适应性。可用加权求和法计算轻武器部件在某一地区的环境适应性，通过分配地区权重，可进一步计算全国的综合环境适应性式中：λz是地区权重，可用配发比例、地区占地面积百分比或其他类似量值来表示。进一步的，关于以上步骤的第一步通过灰色关联分析方法对环境关联程度进行排序，以及第二步确定环境因素权重的过程，包括以下步骤：a.确定母系列和子系列母系列为主行为因子，子系列为各因素因子，即：母系列：x0(k)＝{x0(1)，x0(2)，...，x0(n)}，k＝1，2，...，n子系列：xi(k)＝{xi(1)，xi(2)，...，xi(n)}，k＝1，2，...，ni＝1，2，...，mb.数据预处理数据的无量纲化处理。对于非时间序列的数据，本文采用规一化处理。求出和按照下式计算：c.计算关联系数经过无量纲化处理后的母系列和子系列分别为：x0＝{x0(k)|k＝1,2,...,n}xi＝{xi(k)|k＝1,2,...,n},i＝1,2,...,m求两级的最大差与最小差：计算关联系数：其中分辨系数ρ取0.5。d.计算关联度ri为灰色关联度。根据计算所得关联度大小排序评定各个环境因素对材料腐蚀性能影响的强弱，排第一者为影响最大因素，排第n者为影响最小因素。上述主要环境因素关联度归一化公式为：进一步的，隶属函数是描述评价因素集和评语集关系的函数，它由表示因素属于某种评语程度的若干组评价向量构成。向量中的一个因子rij表示因素i隶属于第j种评语的程度。常见的隶属函数有高斯型、双侧高斯型、钟型、sigmoid函数型、sigmoid差型、sigmoid积型、Z型、Π型、S型、梯形和三角形等。模糊综合评价中，隶属函数形式的选择与实际应用问题有关。通过分析环境因素的特点，针对以材料为主的轻武器部组件环境适应性大都可选用梯形或三角形隶属函数。进一步的，针对轻武器部件及其材料性能的环境因素特征，本专利技术选取了主要对复合材料以及高分子材料的几个主要影响环境因素进行隶属函数的构建，构建方式分别采用了正态分布函数和单边梯形函数。具体如下，1、雨水pH值对于环境雨水pH值通常表示为[pHmin,pHmax]，即部组件经历环境的最高pH值和最低pH值，其属于双边约束指标。也就是说，最理想的pH值为中值7，当pH值升高或降低时都影响材料的性能，故选取正态分布隶属函数，均值为中值7，方差为约束条件差的1/6，则可得雨水pH值的隶属度函数为：即：2、温度对于轻武器部组件高分子材料、复合材料，大气环境温度的高低是影响其热氧老化速率的因素之一。我国地域辽阔，区域气温差别很大，在夏天，大部分地区最高温度可达37℃～44℃，而地表极端最高温度可达75℃～85℃。在光、氧、水分等因素的参与下，材料户外大气环境老化非常严酷，这时热的因素对高分子材料的老化就起加速作用，气温愈高，加速作用愈大。而且，不同于光老化起初仅限于材料表面，热降解往往贯穿材料，危害更大。基于材料的热老化作用，当温度较低时，温度对材料的热老化作用不明显，热老化作用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轻武器部件的复合材料、高分子材料的环境适应性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：采用灰色关联分析方法进行主环境因素分析；第二步：通过归一化方法确定环境因素权重；第三步：依据历史数据或材料损伤机理分析并建立关键性能退化和大气自然环境因素的隶属函数；第四步：采用模糊综合评价方法评估复合材料、高分子材料在大气自然环境下的的环境适应能力。

【技术特征摘要】
1.一种轻武器部件的复合材料、高分子材料的环境适应性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：采用灰色关联分析方法进行主环境因素分析；第二步：通过归一化方法确定环境因素权重；第三步：依据历史数据或材料损伤机理分析并建立关键性能退化和大气自然环境因素的隶属函数；第四步：采用模糊综合评价方法评估复合材料、高分子材料在大气自然环境下的的环境适应能力。2.如权利要求1所述的复合材料、高分子材料的环境适应性评价方法，其特征在于：包含以下步骤：第一步：采用灰色关联分析方法进行主环境因素分析，1.1)建立环境因素集，记第i个因素为ui，1.2)得到环境因素关联度，通过灰色关联分析法分析环境影响复合材料、高分子材料性能的主要因素，并得到因素的关联度；第二步：通过归一化方法确定环境因素权重，2.1)选取主要环境因素的关联度进行归一化处理可以得到主要环境因素的权重，设第i个因素ui的权重记为wi；第三步：依据历史数据或材料损伤机理分析并建立关键性能退化和大气自然环境因素的隶属函数，3.1)确定模糊评价集在模糊综合评估中，评价集是以评判的各种可能结果为元素所组成的合集，为了综合分析各因素的影响，将复合材料、高分子材料的环境适应性分为5个等级{很好，好，一般，基本适应，不适应}，因此评价集可表为：V＝{v1，v2，v3，v4，v5}；3.2)构建隶属函数矩阵隶属函数矩阵R是描述评价因素集和评语集关系的函数，它由表示因素属于某种评语程度的若干组评价向量构成，R＝(rij)(i＝1，…，m；j＝1，…，n)，rij表示因素i隶属于第j种评语的程度，且第四步：采用模糊综合评价方法评估轻武器部件在大气自然环境下的的环境适应能力；4.1)确定综合评判集隶属函数矩阵R是集合U和V之间的一个模糊关系，由模糊数学原理，R确定了一个模糊映射，把U上的一个模糊子集A映射到V上的一个模糊子集B，A是映射的原像，B是映射的像，借助于模糊变换B＝A·R＝(A1，A2，…，Am)·R＝(b1，b2，…，bn)；4.2)计算综合评估结果通过前述步骤计算出复合材料部件在某一具体环境下的适应性，用加权求和法计算复合材料部件在某一地区的环境适应性，通过分配地区权重，进一步计算全国的综合环境适应性式中：λz是地区权重。3.如权利要求2所述的复合材料、高分子材料的环境适应性评价方法，其特征在于：通过灰色关联分析方法对环境关联程度进行排序，并进一步确定环境因素权重的过程，包括以下步骤：a)确定母系列和子系列母系列为主行为因子，子系列为各因素因子，即：母系列：x0(k)＝{x0(1),x0(2),...,x0(n)},k＝1,2,...,n子系列：xi...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈源，杨万均，李军念，肖敏，何建新，王玲，龙仕腾，刘静，
申请(专利权)人：中国兵器工业第五九研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50