一种无砟轨道灌缝胶粘附性能宏观-微观综合评价方法

1.本发明属于灌缝胶性能评价技术领域，涉及一种无砟轨道灌缝胶粘附性能宏观-微观综合评价方法。


背景技术：

2.目前高铁主要是采用无咋轨道结构形式，对于无咋轨道的各项技术中，底座板的伸缩缝是影响高速铁路安全性，耐久性以及稳定性的重要影响因素。目前对于无咋轨道底座板伸缩缝的灌缝材料主要是由聚氨酯灌缝胶，由于聚氨酯灌缝胶具有黏结性能好，强度高，稳定性较好，因此被广泛应用于无咋轨道底座板伸缩缝处。
3.无砟轨道灌缝胶材料应用于高速运行的轨道上，灌缝材料性能的失效会导致高铁运行时的安全问题。然而，当前我国尚缺乏一套行之有效的灌缝胶粘附性能评价方法。现行《高速铁路无砟轨道嵌缝材料暂行技术条件》灌缝胶粘附性能评价方法引自定伸粘结试验，该试验方法并未能根据高铁灌缝胶的真实工况调整试验方法及参数，且评价结果主观性强，重现性较差，以致难以真实准确预测灌缝胶使用性能。中国专利cn 103234834 a《一种用于道路灌缝材料低温性能测试的加载装置》，公开了一种用于测试道路灌缝材料的低温性能测试的加载装置，该装置能够在一定程度上模拟实际无砟轨道灌缝胶的工作状况。当前主要是通过宏观试验参数来分析灌缝材料的性能，但是宏观试验往往具有一定的主观性，难以直观、全面地评价材料性能。


技术实现要素：

4.针对现有灌缝胶在性能评价时存在的重现性较差、难以直观、全面地评价材料性能的技术问题，本发明提供一种无砟轨道灌缝胶粘附性能宏观-微观综合评价方法，能够更准确地利用宏-微观测试结果综合评价灌缝胶的性能，评价结果全面、准确性好。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，通过利用微观测试技术对灌缝材料的表面粗糙度，表面粘附力，与sio2的化学成键率等微观参数进行计算，并综合宏观试验结果，利用主成分分析方法将灌缝胶宏观-微观结果结合来评价灌缝材料的粘附性能，该方法可以取代目前通过一些宏观试验来分析灌缝胶粘附特性的评价方法，避免了宏观试验测试由于环境因素对材料性能产生的影响。能够更准确地利用宏-微观测试结果综合评价灌缝胶的性能。具体采用的方案如下。
6.一种无砟轨道灌缝胶粘附性能宏观-微观综合评价方法，包括以下步骤：
7.1)分别测定不同类型灌缝胶的微观性能参数；
8.2)分别测定不同类型灌缝胶的宏观性能参数；
9.3)利用主成分分析方法从步骤1)不同类型灌缝胶的微观性能参数和步骤2)不同类型灌缝胶的宏观性能参数中，计算出综合评价指标f，根据f的大小评价不同类型灌缝材料的粘附性能大小。
10.进一步的，所述步骤1)中，微观性能参数包括灌缝胶表面粗糙度l2、灌缝胶表面粘
附力l3以及灌缝胶与sio2化学成键率l4。
11.进一步的，所述步骤2)中，宏观性能参数包括灌缝胶最大拉力l1和灌缝胶最大破坏位移l5。
12.进一步的，所述步骤3)的具体过程是：
13.3.1)根据步骤1)不同类型灌缝胶的微观性能参数和步骤2)不同类型灌缝胶的宏观性能参数构建样本矩阵x；
14.样本矩阵x的每一行代表同一个类型的灌缝胶样本，每一列代表一个不同类型灌缝胶的同一个指标，
[0015][0016]
其中：m表示灌缝胶样本的类型数量；n表示灌缝胶样本的指标个数，n为1，2，3，4， 5；
[0017]
3.2)样本矩阵x经标准化处理得到矩阵y：
[0018]
3.3)利用公式(1)计算矩阵y的相关矩阵r；
[0019][0020]rij
表示相关矩阵r第i行第j列的元素(i≤p，j≤p)，y
ik
为矩阵y中第i行中的第k个指标，表示矩阵y中第i行的均值；y
kj
为矩阵y中第j列中的第k个指标，矩阵y中第j 列的均值，p＝min{m,n}；
[0021]
3.4)利用kmo检验和bartlett球形度检验对相关矩阵r进行检验；
[0022]
3.5)对步骤3.4)检验后的相关矩阵r，构造特征方程|r-λce|＝0，得到相关矩阵的特征值分别为λc，其中，λc为相关矩阵r的特征值，c为特征值的个数，c＝1，2，
…
，5；e为单位矩阵；再利用(λce-r)
×
x(c)＝0，计算得出特征值λc对应的特征向量x
(c)
＝[x
c1
，x
c2
，
…
，x
cn
]，其中，x
cn
为特征值λc下，对应的n个灌封胶样本指标对应的特征向量，n为1，2，3， 4，5；
[0023]
3.6)对于步骤3.5)中计算的λc，取大于0的特征值，则c＝3，相关矩阵的特征值分别为λ1、λ2和λ3，对应的特征向量x
(1)
，x
(2)
和x
(3)
；根据n个灌封胶样本对应的特征向量x
cn
以及原始灌封胶样本重新确定出新变量为f
(c)
，新变量的计算为公式(2)：
[0024]f(c)
＝(x
c1
×
l1+x
c2
×
l2+
…
x
cn
×
ln)
ꢀꢀ
(2)
[0025]
其中：ln为原始灌封胶的微观性能参数和原始灌封胶的宏观性能参数，n为1，2，3，4， 5；
[0026]
再根据公式(3)计算出新变量为f
(c)
对应的贡献率pc；
[0027]
[0028]
3.7)根据步骤3.5)和3.6)得到的结果，利用公式(4)计算得到综合评价指标f，根据 f的大小评价出不同类型灌缝胶的粘附性能大小；
[0029]
f＝ω1×
f1+ω2×
f2+ω3×
f3ꢀꢀ
(4)；
[0030]
其中：
[0031]
ω1为特征向量f1对应的权重系数，即特征向量f1对应的贡献率p1；
[0032]
ω2为特征向量f2对应的权重系数，即特征向量f2对应的贡献率p2；
[0033]
ω3为特征向量f3对应的权重系数，即特征向量f3对应的贡献率p3。
[0034]
进一步的，所述综合评价指标f值越大，则灌缝胶的粘附性能越好。
[0035]
进一步的，所述步骤3.2)中，标准化处理的方程为：
[0036][0037]
式中：y
ij
表示矩阵y中第i行第j列的样本；x
ij
表示矩阵x中第i个样本的第j个指标，为第j个指标的均值，sj为第j个指标的标准差，i＝1,2，
…
，m；j＝1,2，
…
，n。
[0038]
进一步的，所述步骤3.4)中，kmo检验按照如下公式进行：
[0039][0040]
式中：r
ij
为相关矩阵r第i行第j列的元素，α
ij
为偏相关系数。
[0041]
进一步的，所述步骤3.4)中，bartlett球形度检验的统计量φ是根据相关矩阵r的行列式得到，统计量计算公式为：
[0042]
φ＝det(r)＝|r|。
[0043]
本发明的有益效果是：
[0044]
1、本发明利用主成分分析方法，分析灌缝胶材料宏观性能参数与微观性能参数之间的复杂关系并提取主成分，最后利用主成分综合得分来表示灌缝胶的性能，该方法可以取代目前通过宏观试验来分析灌缝胶粘附特性的评价方法，避免了宏观试验测试由于环境因素对材料性能产生的影响，能够更准确地评价灌缝胶的性能，评价结果更准确。
[0045]
2、本发明采用主成分分析方法，将灌缝胶材料表面粗糙度，表面粘附力，与sio2化学成键能力，最大拉力和最大破坏位移五个宏观微观因素联系起来，分析它们之间的复杂关系并提取主成分，最后利用主成分综合得分来评价灌缝胶的粘附性能，具有定量、直观、快速的特点，能真实准确的预测灌缝胶的粘附性能。
[0046]
3、本发明的利用微观测试仪器从微观角度测定灌缝胶的粗糙度、表面粘附力、以及与 sio2的化学成键率，分析微观因素对灌缝胶粘附性能的影响，为后续的主成分分析提供数据支持，微观结果测量准确，重现性好。
附图说明
[0047]
图1为本发明无砟轨道灌缝胶粘附性能宏观-微观综合评价方法的流程图；
[0048]
图2为本发明无砟轨道灌缝胶粘附性能宏观-微观综合评价方法的表面粗糙度试验的流程图；
[0049]
图3为本发明无砟轨道灌缝胶粘附性能宏观-微观综合评价方法的表面粘附力试验的流程图；
[0050]
图4为本发明无砟轨道灌缝胶粘附性能宏观-微观综合评价方法的与sio2粉末化学成键率试验的流程图；
[0051]
图5为本发明无砟轨道灌缝胶粘附性能宏观-微观综合评价方法的灌缝胶低温性能测定仪试验的流程图；
[0052]
图6为本发明无砟轨道灌缝胶低温性能测定仪试验的粘附性试件的组成示意图；图中： 1—不锈钢条；2—基片；3—阻隔挡块；4—灌封胶试件；
[0053]
图7为本发明无砟轨道灌缝胶粘附性能主成分分析的流程图。
具体实施方式
[0054]
现结合附图以及实施例对本发明做详细的说明。
[0055]
参见图1，一种无砟轨道灌缝胶粘附性能宏观-微观综合评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0056]
1)分别测定不同类型灌缝胶的微观性能参数；
[0057]
2)分别测定不同类型灌缝胶的宏观性能参数；
[0058]
3)利用主成分分析方法从步骤1)不同类型灌缝胶的微观性能参数和步骤2)不同类型灌缝胶的宏观性能参数中，计算出综合评价指标f，根据f的大小评价不同类型灌缝材料的粘附性能大小。
[0059]
本发明步骤1)中，微观性能参数包括灌缝胶表面粗糙度l2、灌缝胶表面粘附力l3以及灌缝胶与sio2化学成键率l4。
[0060]
参见图2，灌缝胶表面粗糙度测试包括如下步骤：
[0061]
根据原子力显微镜测试要求制备灌缝胶材料，准确称量灌缝胶材料，并用高速剪切机在拌和皿中充分拌和3分钟；将拌和均匀的灌缝胶缓缓倾倒于载玻片上，让其自流平，在避免阳光且通风良好环境下静置7天后；采用原子力显微镜进行形貌扫描，将得到的灌缝胶材料表面微观形貌数据进行计算，得到ra，采用ra来评价灌缝胶材料的表面粗糙度。
[0062][0063]
上式中：
[0064]
ra为轮廓算数平均偏差，ri为取样长度内轮廓点至中线高程的绝对值。
[0065]
其中：原子力显微镜测试采用峰值力模式(探针型号multi75al，探针材料是硅；探针压力是20nn，扫描速度为0.999hz，扫描范围是10*10μm，k值为0.3)。
[0066]
参见图3，灌缝胶材料表面粘附力计算包括如下步骤：
[0067]
将原子力显微镜形貌扫描得到的数据点，计算不同数据点的轮廓高程差；以轮廓高程差r
max
的0-20％、20％-40％，40％-60％，60-80％，80％-100％将扫描点分布于五个区间，得到不同高程点的粘附力，以此获得灌缝胶材料的平均粘附力。
[0068]
根据不同高程点的粘附力取平均值，以此获得灌缝胶材料的平均粘附力；其中，轮廓高程差rmax如下式所示。
[0069]
rmax＝rp-rv
[0070]
上式中：
[0071]
rp为轮廓峰高，rv为轮廓谷深，rmax为轮廓高程差。
[0072]
参见图4，灌缝胶与sio2化学成键率的测试包括如下步骤：
[0073]
称取适量的灌缝胶材料用高速剪切机在拌和皿中充分拌和3分钟；灌缝胶材料中加入纯度为98％的sio2粉末，灌缝胶与sio2粉末的质量比为1:1，再用高速剪切机拌和3分钟，使其灌缝胶与sio2粉末充分混合；在阴凉通风比并避免阳光直射环境下养生7天，待其完全固化后，将灌缝胶与sio2粉末混合后的样品进行x射线光电子能谱测试；通过灌缝胶成键si 原子分峰面积与灌缝胶成键si原子分峰面积和sio2分峰面积之和的比值作为灌缝胶与sio2的化学成键率。
[0074]
其中，灌缝胶与sio2的化学成键率如下式所示：
[0075][0076]
上式中：
[0077]
为x射线光电子能谱中与灌缝胶成键si原子分峰面积；为x射线光电子能谱中sio2分峰面积；r为灌缝胶与sio2成键率。
[0078]
本发明步骤2)中，宏观性能参数包括灌缝胶最大拉力l1和灌缝胶最大破坏位移l5。
[0079]
本发明灌缝胶最大拉力和灌缝胶最大破坏位移采用灌缝胶低温性能测定仪lttt进行测试(测试装置参见：专利cn103234834 a一种用于道路灌缝材料低温性能测试的加载装置)。
[0080]
参见图5，灌缝胶最大拉力和灌缝胶最大破坏位移的测量过程是：称取适量灌缝胶材料，并使用高速剪切机高速拌和3min；将拌和后灌缝胶从角落缓缓倒入浇注槽，将浇注后试件置于阴凉通风处养生7天后，而后将所制备试件安装在lttt加载系统上进行低温拉伸试验，得到灌缝胶最大拉力和灌缝胶最大破坏位移。
[0081]
参见图6，在测量时根据加载装置制备粘附性试件(灌封胶试件4)，灌封胶试件4的固定夹具分别是由不锈钢条1，基片2以及阻隔挡块3组成，制备灌封胶试件4时，首先使用脱模剂在一侧基片两侧喷涂10
×
20mm的预脱粘区；将预脱粘试片与另一侧试片以及阻隔挡块在喷有脱模剂的水平操作台上围成50
×5×
20mm的灌缝胶浇注槽，灌缝胶的灌注深度为20mm，然后形成灌封胶试件4。
[0082]
作为优选方案，在一侧灌缝胶与基片粘附区两侧喷涂脱模剂制备预脱粘区，保证试件在低温拉伸加载条件下产生粘附性破坏；灌缝胶倒入粘附性试件组成的浇铸槽内时应避免产生气泡；试件浇筑养生完过后，需要使用刮刀将试件上表面多余材料刮除。
[0083]
本发明中，在进行低温性能试验前需要在试验温度下控温2h后进行低温拉伸加载，低温性能试验的加载速率为100mm/h，试验温度-25℃。
[0084]
本发明中，考虑到无咋轨道底座板两侧缝壁表面是由石料及混凝土砂浆组成，因此基片也采用石料与水泥混凝砂浆切片；也可根据灌缝材料的应用方向选择特定的材料。
[0085]
lttt加载试验至少进行三组平行试验，然后取平均值得到灌缝胶最大拉力和灌缝胶最大破坏位移。
[0086]
参见图7，本发明主成分分析方法的具体过程是：
[0087]
3.1)根据步骤1)不同类型灌缝胶的微观性能参数和步骤2)不同类型灌缝胶的宏观性能参数构建样本矩阵x；
[0088]
样本矩阵x的每一行代表同一个类型的灌缝胶样本，每一列代表一个不同类型灌缝胶的同一个指标。
[0089][0090]
其中：m表示灌缝胶样本的类型数量；n表示灌缝胶样本的指标个数，n为1，2，3，4， 5。
[0091]
3.2)样本矩阵x经标准化处理得到矩阵y：
[0092]
步骤3.2)中，标准化处理的方程为：
[0093][0094]
其中：y
ij
表示矩阵y中第i个样本的第j个指标，x
ij
表示样本矩阵x中第i个样本的第j 个指标，为第j个指标的均值，sj为第j个指标的标准差，i＝1,2，
…
，m；j＝1,2，
…
，n。
[0095]
3.3)计算标准化后的矩阵y的相关矩阵r。
[0096][0097]
式中：p＝min{m,n},r
ij
代表相关矩阵第i行第j列的元素(i,j≤p)，计算公式(1)如下所示：
[0098][0099]rij
表示相关矩阵r第i行第j列的元素(i≤p，j≤p)，y
ik
为矩阵y中第i行中的第k个指标，表示矩阵y中第i行的均值；y
kj
为矩阵y中第j列中的第k个指标，矩阵y中第j 列的均值，p＝min{m,n}。
[0100]
3.4)利用kmo检验和bartlett球形度检验对步骤3.3)处理的相关矩阵r进行检验。
[0101]
在进行主成分分析前，需要做适用性检验，常用的检验指标为kmo值和bartlett球形度。 bartlett球形度检验主要是检验样本数据的分布情况和各个变量间的独立情况，其显著性p越接近于0，说明变量间相关性越强。kmo检验按照如下公式进行：
[0102][0103]
式(3)中：r
ij
为相关矩阵第i行第j列的元素，α
ij
为偏相关系数。
[0104]
偏相关系数可采用相关矩阵求逆法，即首先计算出所有变量的相关性矩阵，然后求它的逆矩阵，这样可以求出任何两两变量之间的偏相关系数。
[0105]
bartlett球形度检验的统计量φ是根据相关矩阵r的行列式得到，统计量计算公式为：
[0106]
φ＝det(r)＝|r|。
[0107]
根据自由度和统计量观测值查询卡方分布表，可近似得到相应的相伴概率值。根据相伴概率p与显著性水平α之间的关系来判定变量之间是否存在相关关系。
[0108]
3.5)对步骤3.4)检验后的相关矩阵r，构造特征方程|r-λce|＝0，得到相关矩阵的特征值分别为λc，其中，λc为相关矩阵r的特征值，c为特征值的个数，c＝1，2，
…
，5；e为单位矩阵；再利用(λce-r)
×
x(c)＝0，计算得出特征值λc对应的特征向量x
(c)
＝[x
c1
，x
c2
，
…
， x
cn
]，其中，x
cn
为特征值λc下，对应的n个灌封胶样本指标对应的特征向量，n为1，2，3， 4，5；
[0109]
3.6)对于步骤3.5)中计算的λc，取大于0的特征值，则c＝3，相关矩阵的特征值分别为λ1、λ2和λ3，对应的特征向量x
(1)
，x
(2)
和x
(3)
；根据n个灌封胶样本对应的特征向量x
cn
以及原始灌封胶样本重新确定出新变量为f
(c)
，新变量的计算为公式(2)：
[0110]f(c)
＝(x
c1
×
l1+x
c2
×
l2+
…
x
cn
×
ln)
ꢀꢀ
(2)
[0111]
其中：ln为原始灌封胶的微观性能参数和原始灌封胶的宏观性能参数，n为1，2，3，4， 5；
[0112]
再根据公式(3)计算出新变量为f
(c)
对应的贡献率pc；
[0113][0114]
3.7)根据步骤3.5)和3.6)得到的结果，利用公式(4)计算得到综合评价指标f，根据 f的大小评价出不同类型灌缝胶的粘附性能大小；
[0115]
f＝ω1×
f1+ω2×
f2+ω3×
f3ꢀꢀ
(4)；
[0116]
其中：
[0117]
ω1为特征向量f1对应的权重系数，即特征向量f1对应的贡献率p1；
[0118]
ω2为特征向量f2对应的权重系数，即特征向量f2对应的贡献率p2；
[0119]
ω3为特征向量f3对应的权重系数，即特征向量f3对应的贡献率p3。
[0120]
最后，根据综合评价指标f的大小评价不同类型灌缝胶的粘附性能值。综合评价指标f 越大，则灌缝胶的粘附性能越好。
[0121]
下面以具体的四种灌缝胶为例，说明本发明提供的粘附性能评价方法。
[0122]
实施时，分别采用灌缝胶1、灌缝胶2、灌缝胶3、灌缝胶4进行平行试验。
[0123]
通过图2，图3、图4和图5所示的方法分别测定四种灌缝胶的微观性能参数和宏观性能参数。测量结果参见表1。
[0124]
表1灌缝胶微观测试与宏观试验结果
[0125][0126]
采用本发明提供的主成分分析评价灌缝胶粘附性能，具体过程如下。
[0127]
3.1)构建样本矩阵x；
[0128]
将表1的试验结果得到的宏观性能-微观参数数据带入式(1)中，可得样本矩阵x为， m为4，n为5。
[0129][0130]
3.2)对样本矩阵x进行标准化处理，得到标准化后的矩阵y：
[0131][0132]
3.3)计算标准化后的矩阵y的相关矩阵r，带入样本数据值，得到的相关矩阵r为：
[0133][0134]
3.4)利用kmo检验和bartlett球形度检验对标准化后的矩阵y进行检验，计算得到的 kmo＝0.617》0.5,bartlett球形度的近似卡方值为38.080，显著性概率p《0.05时，表明样本数据具有结构效度，说明主成分分析可适用于样本数据。
[0135]
3.5)对步骤3.4)检验后的相关矩阵r，构造特征方程|r-λce|＝0，得到相关矩阵的特征值分别为λc，其中，λc为相关矩阵r的特征值，c为特征值的个数，c＝1，2，
…
，5；e为单位矩阵；再利用(λce-r)
×
x(c)＝0，计算得出特征值λc对应的特征向量x
(c)
＝[x
c1
，x
c2
，
…
， x
cn
]，其中，x
cn
为特征值λc下，对应的n个灌封胶样本对应的特征向量，n为1，2，3，4，5。
[0136]
3.6)对于步骤3.5)中计算的λc，取大于0的特征值，则c＝3，相关矩阵的特征值分别为λ1、λ2和λ3，对应的特征向量x
(1)
＝[x
11
，x
12
，
…
，x
1n
]，x
(2)
＝[x
21
，x
22
，
…
，x
2n
]，x
(3)
＝[x
31
， x
32
，
…
，x
3n
]；根据n个灌封胶样本对应的特征向量x
cn
以及原始灌封胶样本重新确定出新变量为f
(c)
，新变量的计算为公式(2)：
[0137]f(c)
＝(x
c1
×
l1+x
c2
×
l2+
…
x
cn
×
ln)
ꢀꢀ
(2)
[0138]
其中：ln为灌封胶的微观性能参数和灌封胶的宏观性能参数。
[0139]
具体的，在计算时，通过特征方程|r-λce|＝0得到5个特征值，取大于0的矩阵特征值，个数为3，记为λ1、λ2和λ3；计算特征值λ1、λ2、λ3对应的特征向量x(1)、x(2)和x(3)。λ1＝4.449,λ2＝0.530,λ3＝0.021，特征向量x
(1)
、x
(2)
和x
(3)
参见表2。
[0140]
表2特征值λ1、λ2、λ3分别对应的特征向量x(1)、x(2)和x(3)
[0141]
特征向量x
c1
x
c2
x
c3
x
c4
x
c5
x
(1)
0.2240.2240.2170.168-0.221x
(2)-0.095-0.132-0.4581.2560.272x
(3)
1.454-2.1134.6180.6344.339
[0142]
主成分分析通过寻找n个变量之间的相关性，并建立新变量(f1,f2,f3)与原始变量(最大拉力l1、粗糙度l2、表面粘附力l3、与sio2化学成键率l4、最大破坏位移l5)之间的关系方程式。通过这种方式，得到的新变量能覆盖到n个原始变量的信息，实现变量的降维，以下为新变量与原始变量之间的关系方程式。
[0143]
f1＝0.224
×
l1+0.224
×
l2+0.217
×
l3+0.168
×
l
4-0.221
×
l5[0144]
f2＝-0.095
×
l
1-0.132
×
l
2-0.458
×
l3+1.256
×
l4+0.272
×
l5[0145]
f3＝1.454
×
l
1-2.113
×
l2+4.618
×
l3+0.634
×
l4+4.339
×
l5[0146]
进一步的，计算得到特征向量x(1)、x(2)和x(3)的贡献率p1、p2和p3，即ω1、ω2和ω3。
[0147][0148]
p1、p2和p3的结果如表3所示。
[0149]
表3特征值贡献率排序
[0150]
新变量特征值λ贡献百分率(％)累计百分率(％)权重ωmf14.44988.97788.9770.88977f20.53010.59999.5760.10599f30.0210.424100.000.00424
[0151]
3.7)按照主成分得分关系式与各主成分的权重系数，计算得到主成分综合得分 f＝ω1×
f1+ω2×
f2+ω3×
f3，根据主成分综合得分f的大小评价不同类型灌缝胶的粘附性能。主成分综合得分计算结果如表4所示。
[0152]
表4主成分综合得分表
[0153]
排名灌缝胶种类综合得分ff1f2f31灌缝胶21.03151.2561-0.8071-0.1444
2灌缝胶10.26420.17251.00061.10413灌缝胶3-0.1812-0.28310.7183-1.28604灌缝胶4-1.1145-1.1455-0.91180.3260
[0154]
从表4可知，综合得分越大，粘附性能越好。因此得到四种灌缝胶的粘附性能依次为灌缝胶2＞灌缝胶1＞灌缝胶3＞灌缝胶4。
[0155]
本发明利用主成分分析方法，分析灌缝胶的最大拉力、最大破坏位移、表面粗糙度、表面粘附力以及化学成键之间的复杂关系并提取主成分，最后利用主成分综合得分来表示灌缝胶的性能，该方法将灌缝胶微观测试参数(粗糙度，表面粘附力以及与sio2化学成键能力) 与宏观试验结果(最大拉力，最大破坏位移)结合来评价灌缝材料的粘附性能，能够直观、更准确地评价灌缝胶的性能，该方法可以取代目前通过宏观试验来分析灌缝胶粘附特性的评价方法，避免宏观试验的主观性对材料性能评价产生的影响。
[0156]
以上所述仅为本发明的实施案例，并不用与限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种无砟轨道灌缝胶粘附性能宏观-微观综合评价方法，其特征在于，包括以下步骤：1)分别测定不同类型灌缝胶的微观性能参数；2)分别测定不同类型灌缝胶的宏观性能参数；3)利用主成分分析方法从步骤1)不同类型灌缝胶的微观性能参数和步骤2)不同类型灌缝胶的宏观性能参数中，计算出综合评价指标f，根据f的大小评价不同类型灌缝材料的粘附性能大小。2.根据权利要求1所述的无砟轨道灌缝胶粘附性能宏观-微观综合评价方法，其特征在于，所述步骤1)中，微观性能参数包括灌缝胶表面粗糙度l2、灌缝胶表面粘附力l3以及灌缝胶与sio2化学成键率l4。3.根据权利要求2所述的无砟轨道灌缝胶粘附性能宏观-微观综合评价方法，其特征在于，所述步骤2)中，宏观性能参数包括灌缝胶最大拉力l1和灌缝胶最大破坏位移l5。4.根据权利要求3所述的无砟轨道灌缝胶粘附性能宏观-微观综合评价方法，其特征在于，所述步骤3)的具体过程是：3.1)根据步骤1)不同类型灌缝胶的微观性能参数和步骤2)不同类型灌缝胶的宏观性能参数构建样本矩阵x；样本矩阵x的每一行代表同一个类型的灌缝胶样本，每一列代表一个不同类型灌缝胶的同一个指标；其中：m表示灌缝胶样本的类型数量；n表示灌缝胶样本的指标个数，n为1，2，3，4，5；3.2)样本矩阵x经标准化处理得到矩阵y：3.3)利用公式(1)计算矩阵y的相关矩阵r；r
ij
表示相关矩阵r第i行第j列的元素(i≤p，j≤p)，y
ik
为矩阵y中第i行中的第k个指标，表示矩阵y中第i行的均值；y
kj
为矩阵y中第j列中的第k个指标，矩阵y中第j列的均值，p＝min{m,n}；3.4)利用kmo检验和bartlett球形度检验对相关矩阵r进行检验；3.5)对步骤3.4)检验后的相关矩阵r，构造特征方程|r-λ
c
e|＝0，得到相关矩阵的特征值分别为λ
c
，其中，λ
c
为相关矩阵r的特征值，c为特征值的个数，c＝1，2，
…
，5；e为单位矩阵；再利用(λ
c
e-r)
×
x(c)＝0，计算得出特征值λ
c
对应的特征向量x
(c)
＝[x
c1
，x
c2
，
…
，x
cn
]，其中，x
cn
为特征值λ
c
下，对应的n个灌封胶样本指标对应的特征向量，n为1，2，3，4，5；3.6)对于步骤3.5)中计算的λ
c
，取大于0的特征值，则c＝3，相关矩阵的特征值分别为
λ1、λ2和λ3，对应的特征向量x
(1)
，x
(2)
和x
(3)
；根据n个灌封胶样本对应的特征向量x
cn
以及原始灌封胶样本重新确定出新变量为f
(c)
，新变量的计算为公式(2)：f
(c)
＝(x
c1
×
l1+x
c2
×
l2+
…
x
cn
×
l
n
)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中：ln为原始灌封胶的微观性能参数和原始灌封胶的宏观性能参数，n为1，2，3，4，5；再根据公式(3)计算出新变量为f
(c)
对应的贡献率p
c
；3.7)根据步骤3.5)和3.6)得到的结果，利用公式(4)计算得到综合评价指标f，根据f的大小评价出不同类型灌缝胶的粘附性能大小；f＝ω1×
f1+ω2×
f2+ω3×
f3ꢀꢀꢀꢀ
(4)；其中：ω1为特征向量f1对应的权重系数，即特征向量f1对应的贡献率p1；ω2为特征向量f2对应的权重系数，即特征向量f2对应的贡献率p2；ω3为特征向量f3对应的权重系数，即特征向量f3对应的贡献率p3。5.根据权利要求4所述的无砟轨道灌缝胶粘附性能宏观-微观综合评价方法，其特征在于，所述综合评价指标f值越大，则灌缝胶的粘附性能越好。6.根据权利要求5所述的无砟轨道灌缝胶粘附性能宏观-微观综合评价方法，其特征在于，所述步骤3.2)中，标准化处理的方程为：式中：y
ij
表示矩阵y中第i行第j列的样本；x
ij
表示矩阵x中第i个样本的第j个指标，为第j个指标的均值，s
j
为第j个指标的标准差，i＝1,2，
…
，m；j＝1,2，
…
，n。7.根据权利要求6所述的无砟轨道灌缝胶粘附性能宏观-微观综合评价方法，其特征在于，所述步骤3.4)中，kmo检验按照如下公式进行：式中：r
ij
为相关矩阵r第i行第j列的元素，α
ij
为偏相关系数。8.根据权利要求7所述的无砟轨道灌缝胶粘附性能宏观-微观综合评价方法，其特征在于，所述步骤3.4)中，bartlett球形度检验的统计量φ是根据相关矩阵r的行列式得到，统计量计算公式为：φ＝det(r)＝|r|。

技术总结
本发明属于灌缝胶性能评价技术领域，涉及一种无砟轨道灌缝胶粘附性能宏观-微观综合评价方法，包括以下步骤：1)分别测定不同类型灌缝胶的微观性能参数；2)分别测定不同类型灌缝胶的宏观性能参数；3)利用主成分分析方法从不同类型灌缝胶的微观性能参数和不同类型灌缝胶的宏观性能参数结合来评价不同类型灌缝材料的粘附性能大小。本发明提供一种无砟轨道灌缝胶粘附性能宏观-微观综合评价方法，能够更准确地利用宏-微观测试结果综合评价灌缝胶的性能，评价结果全面、准确性好。准确性好。准确性好。


技术研发人员：薛恒潇 孙国庆 黄果敬 张久鹏 牛振兴 胡哲 王子诺
受保护的技术使用者：长安大学
技术研发日：2022.10.24
技术公布日：2023/1/6