Heuristic approach to solving two-criterion problem of optimization of composite materials

Abstract

А ННОТА Ц И Я Введение. Предложен подход к оптимальному выбору материалов, в частности, композиционных. Актуальной задачей современного материаловедения является разработка эффективных композиционных материалов, которая сопряжена с многочисленными научными исследованиями в этой области и поиском материалов с определенными добавками с целью получения необходимых свойств. Прежде всего, это показатель твердости композиционного материала. Материалы и методы. Традиционно исследуются различные составы и анализируются значения свойств, а результаты экспериментов обрабатываются различными способами. Многокритериальная оптимизация занимает особое место в теории оптимизации объектов, к которым можно отнести композиционные материалы, в частности бетоны с различными добавками. Для этого необходимо сформулировать многокритериальную задачу оптимальности, в частности двухкритериальную задачу минимизации. Результаты. Рассмотрены два эвристических критерия оптимизации, по которым сформирован векторный критерий, позволяющий при его минимизации осуществлять отбор композиционных материалов по экспериментальным данным. Векторный критерий связывает между собой изменение исследуемых свойств композиционного материала с одновременным предпочтением выбора того состава, который оптимизирует заданный критерий оптимальности. В основе построения оптимизационной схемы выбора материалов лежит кусочно-линейная аппроксимация результатов испытаний, позволяющая определить скалярные критерии, на основе которых конструируется векторный критерий оптимизации. Для демонстрации двухкритериальной оптимизации рассмотрены результаты экспериментов для цементных композитов, экспонированных в условиях циклического воздействия отрицательных и положительных температур. Произведен поиск оптимального состава по показателю твердости от времени экспонирования. Выводы. Предложенный подход оптимального выбора материалов, в частности композиционных материалов, может быть опробован на больших количествах испытуемых образцов или для автоматизации вычислений. Данный подход носит определенный эвристический характер. Но практическая значимость его подтверждается экспертной оценкой качества композиционных материалов в силу существующих методов оценки материалов, например, по показателю изменения его твердости.