基于灰色理論的天津大氣環(huán)境中SHPC鋼初期腐蝕預測研究

任凱旭　王加余　張瑾

【摘 要】應用灰色理論GM（1，1）模型對車輛常用金屬鋼SHPC在天津大氣環(huán)境中的初期腐蝕失重量建立了預測模型，模型經(jīng)檢驗顯示出良好的精度和合理性，預測值與實際測定值非常接近，說明該方法可真實的反應腐蝕失重的實際情況，預測可靠性較高。

【關鍵詞】GM（1，1）模型；SHPC；天津大氣環(huán)境；初期腐蝕預測

中圖分類號：U465 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）35-0004-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.35.002

Research on initial corrosion prediction of SHPC steel in Tianjin atmospheric environment based on grey theory

REN Kai-xu* WANG Jia-yu ZHANG Jin

（China Automotive Technology and Research Center Co.， Ltd.， Tianjin 300300， China）

【Abstract】The grey theory GM（1，1） model was used to establish a prediction model for the initial corrosion loss of the vehicles common steel SHPC in Tianjin atmospheric environment. The model has been tested to show good accuracy and rationality. The predicted value is very close to the actual measured value， indicating that the method can truly reflect the actual situation of corrosion weight loss and the prediction reliability is high.

【Key words】GM（1，1） model； SHPC； Atmospheric Environment of Tianjin； Initial corrosion prediction

0 緒論

腐蝕是金屬材料及其構(gòu)建的主要失效形式之一，一般認為金屬材料腐蝕失重量是時間的函數(shù)，據(jù)此一些科技工作者分別對金屬材料大氣腐蝕的預測模型進行了研究，但是金屬材料在大氣環(huán)境中受到諸多復雜因素的影響，且許多因素的影響不甚了解[1-6]。而灰色理論是對既含有已知信息和未知信息的系統(tǒng)進行數(shù)學建模分析的方法，通過對原始數(shù)據(jù)進行累計生成和相減生成逐步使灰色量白化，弱化數(shù)據(jù)的隨機因素，生成有規(guī)律性的數(shù)據(jù)，從而對事物的未來發(fā)展趨勢進行預測[7-14]。

本工作以常用金屬鋼SHPC在天津大氣環(huán)境中的初期腐蝕數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過灰色模型GM（1，1）對SHPC在天津大氣環(huán)境中的腐蝕失重量進行了預測和研究，并對預測結(jié)果的精度進行了分析。

1 灰色模型理論與方法

灰色預測常用的是GM（1，1）模型，其基本思路是通過對原始數(shù)據(jù)列進行1-AGO處理，生成新的數(shù)據(jù)序列進而建立白化微分方程擬合給定的時間序列，從而對數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢進行預測。

1.1 建立GM（1，1）模型的基本步驟

給定數(shù)列

其中，x0（i）為原始數(shù)據(jù)序列；

對X1建立如下所述的白化微分方程：

求解待定參數(shù)a，b，得到時間響應函數(shù)：

式中待定參數(shù)可按最小二乘法求得，設？鄣=（a，b）T=（BT，B）-1BTY，其中，

將（2）做一次累減生成，得其還原值為：

1.2 GM（1，1）模型的檢驗

為保證建立的灰色GM（1，1）精度，須對其進行相對誤差和后驗差（均方差比值和小誤差概率）等精確性檢驗。

如上所述，為原始數(shù)列，為模擬數(shù)列。

1.2.1 平均相對誤差檢驗

1.2.3 小誤差概率

上述定義給出了模型檢驗的三種方法，對于給定的模型泛化能力強，均值方法必須小，小誤差概率必須大，常用的精度等級如表1所示。

2 灰色預測模型GM（1，1）的應用

灰色建模過程中的數(shù)據(jù)為SHPC鋼在天津大氣環(huán)境監(jiān)測站中暴曬的腐蝕數(shù)據(jù)，以腐蝕失重量作為腐蝕評定方法，得到的試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

為了評估模型預測的精度，本文利用前四組腐蝕失重數(shù)據(jù)建立灰色模型，最后一組數(shù)據(jù)用于檢測模型的精度型。故x（0）（i）={1.3 12.0 17.9 31.0 53.6}，得到的時間響應式為：

由此得到的預測值如表3所示。

2.1 模型精確度評估

模型在使用前需要開展精度等級評估，把表3數(shù)據(jù)代入公式（5）（6）得：

均方差比值

小誤差概率

將均方差比值C和小誤差概率P的計算結(jié)果與表1中指標進行對比得到該模型的精度等級是1級。根據(jù)公示（7）SHPC鋼在天津大氣環(huán)境中的85天的腐蝕失重量進行預測，并與實測值進行比較驗證，所得結(jié)果如表4所示。

通過比對得腐蝕時間為85天，灰色模型的預測值與實測數(shù)據(jù)的相對誤差為0.914%，驗證了預測模型具有良好的可靠性和可行性。

3 結(jié)論

對于SHPC鋼在天津大氣環(huán)境中初期腐蝕的失重量試驗數(shù)據(jù)，運用GM（1，1）模型預測的結(jié)果與實際測量值相吻合，并對模型的精度進行了驗證，表明該模型能比較真實的反應失重量的實際變化趨勢。

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