一种电磁吸波超高性能混凝土多层结构优化算法制造技术

本发明专利技术公开了一种电磁吸波超高性能混凝土多层结构优化算法，超高性能混凝土以UHPC预混料为主要原材料制备而成，同时包含1.9％的γ

【技术实现步骤摘要】
一种电磁吸波超高性能混凝土多层结构优化算法


[0001]本专利技术涉及多层吸波结构优化的
，尤其涉及到一种电磁吸波超高性能混凝土多层结构优化算法。

技术介绍

[0002]混凝土作为一种结构材料，由于其价格低廉、抗压强度和耐久性高、稳定性好等特点，被广泛应用于建筑、路桥等领域。近几年，基建、军工等需求的增加，传统的混凝土已经不足以应对各种可能出现的恶劣环境。超高性能混凝土(UHPC)，国际上系指抗压强度在150MPa以上，并是一种具有超强力学性能、超高韧性、超长耐久性的水泥基复合材料，无论是在国防等军工方面，还是在日常的民用中均可很好的适用。
[0003]随着无线通信在商业、军事和科学领域的快速发展，电磁辐射带来的电磁污染、电磁干扰等问题日益严重。在许多情况下，现有技术产生的电磁场和由此产生的电磁辐射比任何天然的电磁场或辐射源都强得多。而且如今战场环境变化迅速，电磁探测和干扰方法不断变化，对军事目标隐身材料提出了新的性能要求。因此，在如此严峻的电磁环境下，为解决电磁辐射带来的诸多问题，人们一直在努力制备吸收效率高、吸收频率范围宽、厚度小、重量轻的电磁波吸收材料。对于多层吸波材料，在与电磁波作用过程中有着非常复杂的吸收和损耗机制，不仅要尽可能加大介质对电磁波的吸收，还要考虑材料之间电磁参数的匹配问题。因此，有必要采用合适的优化方法借助计算机进行辅助优化设计，进而更好的研究多层复合板吸波问题。因此，结合力学特性与材料优势，对γ
‑
Fe2O3/GO/UHPC多层复合吸波板展开研究，为多层结构吸波优化设计提供支撑。
[0004]在目前的研究体系中，大多是针对单层UHPC复合板的吸波问题研究，而在多层结构吸波的研究中，均以一些新型材料为主，超高性能混凝土(UHPC)多层结构吸收电磁波的优化问题仍有很大的探索空间。因此，本专利技术通过将粒子群算法(PSO)应用到超高性能混凝土(UHPC)多层结构吸波优化中，在充分利用UHPC复合吸波板中各吸波剂的基础上，得到最优的多层搭配组合，得到一定频点范围内的最优反射率，并得出对应的UHPC厚度d1和透波层厚度d2。通过优化计算可以更加充分的利用超高性能混凝土(UHPC)，进而达到最理想的力学性能和吸波性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种电磁吸波超高性能混凝土多层结构优化算法，所述的电磁吸波超高性能混凝土具有良好的吸波屏蔽功能和超强的力学性能，将其用于建筑材料中，能够应用在军事掩体、机场、雷达站、大型建筑物。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种电磁吸波超高性能混凝土多层结构优化算法，将粒子群算法应用于超高性能混凝土(UHPC)多层结构吸波优化的研究中；利用粒子群算法在一定频点范围内可得其最优反射率，并得出对应的UHPC厚度d1和透波层厚度d2。
[0007]上述方案所述的一种电磁吸波超高性能混凝土多层结构优化算法，其特征在于，应用于超高性能混凝土(UHPC)多层结构的优化算法包括以下步骤：
[0008]S1：选取超高性能混凝土多层结构的透波层材料；
[0009]S2：选取传输线法为目标函数，设置d1和d2的范围；
[0010]S3：利用matlab运行粒子群算法；
[0011]S4：统计优化结果；
[0012]S5：对优化结果进行分析。
[0013]所述的一种基于粒子群算法的多层吸波材料性能优化方法，其特征在于：所述步骤S3进行粒子群算法的具体步骤如下：
[0014]S3
‑
1：初始化所需各参数；
[0015]S3
‑
2：根据目标函数绘制图像；
[0016]S3
‑
3：初始化粒子速度和位置，并计算初始适应度值，得出目前个体最优和个体最优值位置；
[0017]S3
‑
4：根据适应度值判断解的好坏，选出pbest(个体最优)和gbest(全局最优)，并记录它们的位置；随后根据下式更新每个粒子的速度和位置。
[0018]速度的计算公式如下：
[0019]v
i，d
＝wv
(i
‑
1)，d
+c1·
rand
·
(P
i，d
‑
x
i，d
)+c2·
rand
·
(P
g，d
‑
x
i，d
)
[0020]位置的计算公式如下：
[0021]x
i，d
＝x
(i
‑
1)，d
+v
i，d
[0022]S3
‑
5：检验是否符合要求，若达到最大迭代次数或满足最优解要求，则停止迭代计算并输出最优解，否则返回步骤S3
‑
4。
[0023]将传输线法作为目标函数，结合到粒子群算法中。当电磁波垂直入射，根据传输线理论可知多层复合板的反射率为：
[0024][0025]阻抗计算公式为：
[0026][0027][0028][0029]其中，R为反射率，单位是分贝(dB)，Z0为自由空间的本征阻抗，Z
n
为第n层材料的输入阻抗，γ
n
为传播常数，d
n
为第n层复合板的厚度，η
n
为特性阻抗，c为光速(m/s)，f为频率(GHz)，ε
eff
和μ
eff
分别为第n层的复介电常数和复磁导率。因此，求出所有多层复合板的阻抗然后可以求出反射率R。
[0030]本专利技术有益效果
[0031]本专利技术超高性能混凝土以UHPC(超高性能混凝土)预混料为主要原材料制备而成，同时包含1.9％的γ
‑
Fe2O3、0.2％的GO(氧化石墨烯)和1.5％的钢纤维，所结合的优化算法为粒子群算法(PSO)。此专利技术将粒子群算法(PSO)应用到UHPC多层结构吸波中，该算法采用
全局搜索策略，每个粒子根据周围环境和自身经验都持续追踪到目前为止最好的位置。基于粒子的个体最好位置和全局最优位置，调整各粒子的运动速度和位置。在每次迭代中，算法公式中的惯性权重和学习因子均是动态调整，每次迭代得到新的pbest(个体最优)和gbest(全局最优)，从而实现全局最优搜索过程。该算法具有操作简单、参数设置较少、精度较高、收敛速度快、可扩展性强等优点。针对三种不同材料透波层进行了研究，为超高性能混凝土多层结构吸波优化提供有力支撑。
附图说明
[0032]图1所示为实施例1中透波层为陶瓷的多层复合板在2GHz下的算例：(a)粒子状态位置变化,(b)算法收敛过程；
[0033]图2所示为实施例2中透波层为树脂的多层复合板在14GHz下的算例：(a)粒子状态位置变化,(b)算法收敛过程；
[0034]图3所示为实施例3中透波层为空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁吸波超高性能混凝土多层结构优化算法，其特征在于：将粒子群算法应用于超高性能混凝土UHPC多层结构吸波优化的研究中；利用粒子群算法在一定频点范围内可得其最优反射率，并得出对应的UHPC厚度d1和透波层厚度d2。2.根据权利要求1所述的一种电磁吸波超高性能混凝土多层结构优化算法，其特征在于，应用于超高性能混凝土(UHPC)多层结构的优化算法包括以下步骤：S1：选取超高性能混凝土多层结构的透波层材料；S2：选取传输线法为目标函数，设置d1和d2的范围；S3：利用matlab运行粒子群算法；S4：统计优化结果；S5：对优化结果进行分析。3.根据权利要求2所述的一种电磁吸波超高性能混凝土多层结构优化算法，其特征在于，所述步骤S3进行粒子群算法的具体步骤如下：S3
‑
1：初始化所需各参数；S3
‑
2：根据目标函数绘制图像；S3
‑
3：初始化粒子速度和位置，并计算初始适应度值，得出目前个体最优和个体最优值位置；S3
‑
4：根据适应度值判断解的好坏，选出pbest(个体最优)和gbest(全局最优)，并记录它们的位置；随后根据下式更新每个粒子的速度和位置。速度的计算公式如下：v
i，d
＝wv
(i
‑
1)，d
+c1·
rand
·
(P
i...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋鑫华，倪长安，李承欢，郭耀辉，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：