Machine learning prediction of fiber pull-out and bond-slip in fiber-reinforced cementitious composites

材料科学 极限抗拉强度 打滑(空气动力学) 纤维 复合材料 平均绝对百分比误差 抗压强度 粘结强度 结构工程 人工神经网络 计算机科学 工程类 人工智能 胶粘剂 图层(电子) 航空航天工程
作者
Abolfazl Hemmatian,Meysam Jalali,Hosein Naderpour,Moncef L. Nehdi
出处
期刊:Journal of building engineering [Elsevier BV]
卷期号:63: 105474-105474 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.jobe.2022.105474
摘要

Single fiber pull-out and fiber-matrix interfacial interaction play an essential role in understanding the mechanical behavior of fiber-reinforced cementitious composites. The present study introduces a computational model for predicting the maximum fiber pull-out force and corresponding bond slip. An extensive literature survey was performed to create a pertinent comprehensive experimental database. A total of 382 experimental data were utilized to develop and train the Artificial Neural Network (ANN) models. The model input parameters included the fiber embedded length, fiber inclination angle, fiber tensile strength, fiber length-to-diameter ratio, loading rate, water-to-cement ratio, concrete compressive strength, and fiber geometry. The model output consisted of the maximum pull-out force and corresponding slip. The results indicate that ANN with two hidden layers and 12 neurons was adequate for predicting the outputs with a mean absolute percentage error (MAPE) of less than 10%. To obtain the importance of the inputs on the outputs (the maximum fiber pull-out force and the corresponding slip), a sensitivity analysis was done based on the Milne formula on the proposed ANN. According to the results, it was found that among the eight inputs, the parameters of the geometric shape of the fibers (straight, hooked-end and spiral fibers) and fiber tensile strength have the highest effect on the outputs, with an impact percentage of 16.1 and 15.1, respectively. The mean square error (MSE) was 0.9 for the maximum pull-out force and 0.14 for slip, respectively. Overall, the proposed executed model attained reasonable predictions and could offer a data driven approach to optimizing fiber-reinforced cementitious composites.
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