造纸纤维特性对成纸力学性能影响程度的定量分析方法技术

本发明专利技术公开了一种造纸纤维特性对成纸力学性能影响程度的定量分析方法，步骤如下：获取建模、分析所需的多种类造纸纤维特性参数、成纸抄造工艺参数及成纸力学性能参数；使用反向传播神经网络(BPNN)建立造纸纤维特性与成纸力学性能间的关系统计模型，并逐个分析造纸纤维特性对成纸力学性能影响的关系趋势；基于灰关联分析法定量分析造纸纤维特性对成纸力学性能的影响程度。该方法简便易行，具有建模、分析过程简单的特点，针对目前关于造纸纤维特性与成纸力学性能间仅有的定性关系认识，提出了两者之间关系的定量分析方法，揭示了造纸纤维特性对成纸力学性能影响的量化结果，对制浆造纸行业的生产、研究工作将具有重要的指导作用。

【技术实现步骤摘要】
造纸纤维特性对成纸力学性能影响程度的定量分析方法
本专利技术涉及制浆造纸、机器学习和统计分析
，具体涉及一种造纸纤维特性对成纸力学性能影响程度的定量分析方法。
技术介绍
在制浆造纸领域，成纸的力学性能主要依赖于其原材料，即纤维的特性。然而，由于造纸纤维的特性较多，不同特性之间存在相互影响，并且成纸力学性能往往由多个造纸纤维特性及抄造工艺共同决定，所以较难定量分析得出不同造纸纤维特性对成纸力学性能的影响程度。在当前造纸领域的生产和研究中，为了更好理解及预测造纸纤维特性与成纸力学性能间的关系，通常的做法是基于实验数据进行回归分析。其中，对于少量规律性较强的关系可以总结出经验公式模型，例如用于计算成纸抗张强度的Page模型。但是，利用回归分析及建立经验公式模型的方法仍然难以定量分析出不同造纸纤维特性对成纸力学性能的影响程度，从而对该行业的生产和科研造成一定的不确定性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于弥补现有技术对单个造纸纤维特性与成纸力学性能间关系及趋势定量分析研究的不足，提供一种造纸纤维特性对成纸力学性能影响程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种造纸纤维特性对成纸力学性能影响程度的定量分析方法，其特征在于，所述的定量分析方法包括下列步骤：/nS1、获取不同造纸纤维特性参数、成纸抄造工艺参数及成纸力学性能参数的实验数据值，其中，所述的造纸纤维特性参数包括：纤维长度、纤维直径、纤维壁厚、纤维粗度、纤维柔软度和纤维强度指数；所述的成纸抄造工艺参数包括纸浆打浆度；所述的成纸力学性能参数包括抗张强度、撕裂度和耐破度，以上参数均使用实验测量或计算的方式获得，定义NF代表被考虑的造纸纤维特性参数个数，NT代表被考虑的成纸抄造工艺参数个数，NP代表被考虑的成纸力学性能参数个数；/nS2、基于S1中获得的实验数据值及反向传播神经网络建立造纸纤维...

【技术特征摘要】
1.一种造纸纤维特性对成纸力学性能影响程度的定量分析方法，其特征在于，所述的定量分析方法包括下列步骤：
S1、获取不同造纸纤维特性参数、成纸抄造工艺参数及成纸力学性能参数的实验数据值，其中，所述的造纸纤维特性参数包括：纤维长度、纤维直径、纤维壁厚、纤维粗度、纤维柔软度和纤维强度指数；所述的成纸抄造工艺参数包括纸浆打浆度；所述的成纸力学性能参数包括抗张强度、撕裂度和耐破度，以上参数均使用实验测量或计算的方式获得，定义NF代表被考虑的造纸纤维特性参数个数，NT代表被考虑的成纸抄造工艺参数个数，NP代表被考虑的成纸力学性能参数个数；
S2、基于S1中获得的实验数据值及反向传播神经网络建立造纸纤维特性与成纸力学性能间的关系统计模型，并基于该关系统计模型生成造纸纤维特性与成纸力学性能间的关系趋势数据，再基于所述的关系趋势数据绘制关系趋势图，并分析造纸纤维特性与成纸力学性能间的关系；
S3、基于灰关联分析法定量分析造纸纤维特性对成纸力学性能的影响，过程如下：使用步骤S2中得到的造纸纤维特性与成纸力学性能间的关系趋势数据作为灰关联分析法的分析数据；确定分析数据中的参考数列为成纸力学性能参数，确定比较数列为造纸纤维特性参数；将所有分析数据进行无量纲化处理；求解每一个造纸纤维特性参数的分析数据相对于每一个成纸力学性能参数的灰色关联系数；求解每一个造纸纤维特性参数相对于每一个成纸力学性能参数的灰色关联度；最终根据灰色关联度的大小进行排序，并定量分析不同造纸纤维特性对成纸力学性能的影响程度。


2.根据权利要求1所述的一种造纸纤维特性对成纸力学性能影响程度的定量分析方法，其特征在于，所述的步骤S1包含如下步骤：
S11、造纸纤维的选取及实验准备，其中，造纸纤维的选取原则包括：选取当前制浆造纸行业中常用的造纸纤维材料类型；选取的不同类型造纸纤维材料需要有明显的特性差异；选取的造纸纤维材料类型需要容易获得；
对已获取的造纸纤维材料进行筛分处理，过程如下：将造纸纤维稀释成浓度为0.2％的纸浆；将纸浆缓缓倒入纤维筛分仪中，纤维筛分仪会自动根据造纸纤维的纤维长度和纤维宽度特性将造纸纤维筛分为多个不同大小的尺寸等级；
S12、获取不同造纸纤维特性参数，其中，纤维长度、纤维直径和纤维粗度实验数据通过纤维分析仪测量得到；纤维壁厚实验数据通过显微镜将造纸纤维放大后直接测量得到；纤维柔软度实验数据基于横向负载梁弯曲实验及材料力学中的挠曲线方程计算得到；纤维强度指数实验数据的获取方法基于Cildir提出的理论，即造纸纤维强度指数是对应成纸零距抗张强度的89倍，通过测量对应成纸零距抗张强度后计算获得；
S13、获取成纸抄造工艺参数，其中，纸浆打浆度实验数据的获取方法如下：获取在步骤S11中得到的被筛分造纸纤维，并稀释成浓度为10％的纸浆；将纸浆平分为5组，分别放入磨浆机，对每组纸浆设置不同的磨浆转数，从而获得不同打浆度的纸浆；使用肖伯尔打浆度测试仪分别测量不同分组纸浆的纸浆打浆度实验数据值；
S14、获取成纸力学性能参数，其中，成纸的抗张强度、撕裂度和耐破度实验数据分别使用成纸抗张强度测量仪、成纸撕裂度测量仪、成纸耐破度测量仪进行测量获得。


3.根据权利要求2所述的一种造纸纤维特性对成纸力学性能影响程度的定量分析方法，其特征在于，所述的步骤S2包含如下步骤：
S21、将每张成纸抄造及成纸力学性能测量过程中所使用到的造纸纤维特性参数实验数据、成纸抄造工艺参数实验数据及最终成纸力学性能参数实验数据组合为一组实验数据，通过步骤S1所获得的实验数据总共有N组，然后将这N组数据按6:2:2的比例分为训练数据集Strain、验证数据集Sverify和测试数据集Stest三个部分；
S22、归一化所有实验数据，使用式(1)归一化步骤S1中所获得的N组实验数据，公式如下：



上式中，Pi为本实施例中被考虑的某一参数类型，1≤i≤NF+NT+NF；当1≤i≤NF时，Pi代表第i个被考虑的造纸纤维特性参数；当NF+1≤i≤NF+NT时，Pi代表第i-NF个被考虑的成纸抄造工艺参数；当NF+NT+1≤i≤NF+NT+NP时，Pi代表第i-(NF+NT)个被考虑的成纸力学性能参数，Pi(j)和Pi′(j)分别代表参数类型Pi在第j组实验数据中归一化前、后的值；和分别代表参数类型Pi在所有实验数据中的最小及最大值，其中，1≤j≤N；
S23、造纸纤维特性与成纸力学性能间关系统计模型的结构建立，使用反向传播神经网络建立造纸纤维特性与成纸力学性能间关系统计模型，该关系统计模型包括依次顺序连接的输入层、隐藏层和输出层，输入层位于该关系统计模型最前端，用于输入造纸纤维特性参数和成纸抄造工艺参数的归一化实验数据值，输入层的节点数与被考虑的造纸纤维特性参数和被考虑的成纸抄造工艺参数个数之和相同，即输入层节点个数为NX＝NF+NT；隐藏层为该关系统计模型的中间层，该中间层为单层或多层，用于对输入层输入的归一化实验数据值进行非线性映射处理，输出层位于该关系统计模型的最后端...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈文浩，刘寅，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44