Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Application of a multicriterial optimization to the resolution of X-ray diffraction curves of semicrystalline polymers

Rabiej M.

Polimery

|

2017

|

T. 62, nr 11-12

821--833

EN

The analysis of wide angle X-ray diffraction (WAXD) curves of semicrystalline polymers is connected with their decomposition into crystalline peaks and amorphous components. To this aim a theoretical curve is constructed which is a best fitted, mathematical model of the experimental one. All parameters of the theoretical curve are found using an optimization procedure. As it has been already proved, a reliable decomposition can be performed only by means of a procedure which effectively performs a multicriterial optimization. It consists in minimization of the sum of squared deviations between the theoretical and experimental curves and simultaneous maximization of the area of the amorphous component. So, the objective function in the optimization procedure is constructed of two criterial functions which represent the two requirements. The proportions between the criterial functions and their significance at different stages of the procedure must be determined by suitable weights. A proper choice of the weights is an important part of the procedure. In this paper a new solution of this problem is presented: the weights are changed dynamically in subsequent steps of the optimization procedure. A few different algorithms of the weights determination are presented and evaluated by means of several statistical method. The optimization procedures equipped with these algorithms are tested using WAXD patterns of popular polymers: Cellulose I, Cellulose II and PET. It is shown that the optimization procedures equipped with the dynamic algorithms of weights determination are much more effective than the procedures using some constant, arbitrarily chosen weights.

PL

Dokonanie analizy krzywych dyfrakcyjnych WAXD polimerów semikrystalicznych, związanej z ich dekompozycją na składowe krystaliczne i amorficzne, wymaga zbudowania funkcji stanowiącej matematyczny model zarejestrowanej krzywej dyfrakcyjnej. Do wyznaczenia parametrów tej funkcji stosuje się nieliniową optymalizację wielokryterialną, polegającą na minimalizacji sumy kwadratów odchyleń krzywej teoretycznej od krzywej eksperymentalnej oraz maksymalizacji pola pod składową amorficzną. Funkcja celu jest więc skonstruowana z dwóch funkcji kryterialnych, które reprezentują te dwa warunki. Proporcje między tymi funkcjami i ich znaczenie na poszczególnych etapach procedury optymalizacyjnej muszą być określane przez odpowiednie wagi. Właściwy dobór wag dla funkcji kryterialnych jest jednym z trudniejszych zadań. Zaprezentowano nowe rozwiązanie problemu doboru wag dla funkcji kryterialnych: wagi zmieniano dynamicznie w kolejnych krokach procedury. Zaproponowano kilka różnych algorytmów wyznaczania wag. Algorytmy porównano i oceniono za pomocą testów statystycznych. Procedury wyposażone w te algorytmy zastosowano do rozkładu krzywych dyfrakcyjnych celulozy I, celulozy II i poliestru. Wykazano, że procedury wyposażone w dynamiczne algorytmy wyznaczania wag są znacznie bardziej skuteczne niż procedury wykorzystujące wagi stałe, ustalone arbitralnie.

2

Modeling of the lamellar structure of ethylene-1-octene copolymers

Rabiej S., Rabiej M.

Polimery

|

2014

|

T. 59, nr 7-8

549--556

EN

The parameters of the lamellar structure of melt crystallized ethylene-1-octene copolymers were determined with the usage of model calculations. Two models were employed: classical model of Hosemann and a variable local structure model. In the second model it was assumed that the crystallinity of stacks varies from stack to stack according to some distribution function P(j). Theoretical SAXS curves related to the assumed models were best fitted to the experimental curves and the parameters of stacks were determined. It was found that the second model gave much better fits then the model of Hosemann. Generally, the distribution function P(j) is asymmetric and positively skewed but its shape changes for the stacks crystallized at various temperatures. At higher temperatures, starting from the melting point, the crystallinity distribution can be well approximated by the Reinhold function. At lower temperatures, closer to the final solidification, the split Gauss function is a better approximation.

PL

Badano strukturę lamelarną kopolimerów etylen-1-okten podczas ich chłodzenia od temperatury topnienia do temperatury pokojowej. Parametry struktury wyznaczano na podstawie obliczeń modelowych, polegających na optymalnym dopasowywaniu teoretycznej krzywej rozpraszania SAXS, odpowiadającej założonemu modelowi struktury, do krzywej eksperymentalnej. W obliczeniach stosowano klasyczny model Hosemanna, zgodnie z którym wszystkie stosy lamelarne występujące w polimerze są statystycznie identyczne, oraz model zakładający niejednorodność struktury polimeru. Ten ostatni model zakładał, że stopień krystaliczności stosów jest zróżnicowany, a jego występowanie w objętości polimeru opisuje pewna funkcja rozkładu P(j). Badania wykazały, że nie jest możliwe uzyskanie dobrego dopasowania krzywych teoretycznych, opisanych zależnościami podanymi przez Hosemanna, do krzywych eksperymentalnych, co tym samym świadczy o nieadekwatności tego modelu w odniesieniu do badanych struktur. Zastosowanie drugiego modelu pozwoliło na uzyskanie bardzo dobrego dopasowania w całym zakresie rejestracji krzywych SAXS. Otrzymane wyniki świadczą o niejednorodnej strukturze stosów lamelarnych w badanych kopolimerach oraz o asymetrycznym charakterze rozkładu stopnia krystaliczności w stosach. W zakresie wysokich wartości temperatury, rozkład ten może być bardzo dobrze opisany za pomocą funkcji Reinholda. W zakresie niższych wartości temperatury, bliskich temperaturze końcowego zestalenia się kopolimeru, lepszym przybliżeniem jest tzw. składana funkcja Gaussa.

3

An artificial immune system for the identification of polymer materials based on near infrared (NIR) spectra

Rabiej M., Biniaś W.

Polimery

|

2014

|

T. 59, nr 7-8

575--579

EN

This work presents an immune algorithm elaborated for the identification of polymers based on their NIR spectra. It uses the mechanisms and rules typical of natural immune systems. The identification of a polymer consists of a comparison of its NIR spectrum with reference spectra contained in a database. The algorithm acts in two stages. In the first stage, it compares the positions of the main absorption bands in the investigated spectrum with those of spectra from the database. Based on this comparison, the most similar reference spectra are selected. In the second stage, the shape of the numerical derivative of the investigated spectrum is compared with the shapes of the derivatives of the reference spectra selected in the first stage. Our investigations have shown that the algorithm is very effective and reliable. The algorithm can be used both for the identification of polymers in large databases and for the protection of such databases from an uncontrolled expansion.

PL

W pracy przedstawiono sztuczny system immunologiczny, należący do metod sztucznej inteligencji, przeznaczony do identyfikacji polimerów na podstawie ich widm w bliskiej podczerwieni (NIR). Analiza widm polega na porównaniu zgodności nieznanego widma z widmami zapisanymi w bazie danych, przy użyciu odpowiedniego algorytmu. Struktura algorytmu i działanie poszczególnych procedur naśladują strukturę naturalnego układu immunologicznego. Podobnie jak w naturalnych systemach, identyfikacja jest dokonywana na dwóch etapach. W pierwszym etapie przeprowadzana jest wstępna selekcja widm, realizowana za pomocą procedury odpowiadającej działaniu limfocytu T. Do wykonania tego zadania zastosowano filtry cyfrowe i pochodne numeryczne. W drugim etapie uruchamiana jest procedura odpowiadająca działaniu limfocytu B, której zadaniem jest wybranie spośród wyselekcjonowanych widm takiego, którego pochodna ma kształt najbardziej zbliżony do kształtu pochodnej nieznanego widma. W tym celu algorytm dzieli porównywane pochodne widm (antygen i przeciwciało) na małe fragmenty, czyli paratopy i epitopy, dla każdego z nich oblicza wskaźniki podobieństwa, takie jak: współczynnik determinacji (R2), współczynnik Kendalla (t), stosunek pól pod krzywymi (A), średni błąd względny (W) oraz sumę kwadratów różnic pochodnych. Na podstawie tych miar ocenia stopień dopasowania kolejnych paratopów i epitopów, a następnie stopień dopasowania antygenu i przeciwciała oraz poziom stymulacji. Zamiast klonowania i hipermutacji algorytm wykonuje lokalne przeszukiwanie każdego pasma widma. Widma, dla których stopień dopasowania przekroczy zadany próg są rozwiązaniem zadania. Przeprowadzone testy wykazały wysoką efektywność i niezawodność opracowanego algorytmu. Algorytm może służyć do identyfikacji polimerów w dużych bazach danych, a także do zabezpieczania baz danych przed wprowadzeniem kilku widm tego samego polimeru.

4

Determination of the parameters of lamellar structure of semicrystalline polymers using a computer program SAXSDAT

Rabiej S., Rabiej M.

Polimery

|

2011

|

T. 56, nr 9

662-670

EN

A computer program SAXDAT for the analysis of small angle X-ray scattering (SAXS) curves of semicrystalline polymers is described. The program is based on a lamellar stack model of polymer structure. In the program, the parameters of stacks can be determined from one-dimensional correlation function calculated as a Fourier transform of intensity distribution or by model calculations which consist in fitting of a theoretical intensity distribution function to the experimental curve. The program can be applied to single curves as well as to big sets of curves obtained from time resolved experiments. Both point and slit collimation recording systems are acceptable.

PL

W pracy opisano możliwości opracowanego przez autorów programu komputerowego SAXSDAT przeznaczonego do analizy krzywych małokątowego rozpraszania promieniowania rentgenowskiego (SAXS) otrzymanych podczas badań polimerów semikrystalicznych. Algorytmy programu wykorzystują zależności znane z teorii rozpraszania promieniowania rentgenowskiego przez polimery semikrystaliczne, opracowane przy założeniu lamelarnego modelu ich struktury wewnętrznej. Program może być stosowany do analizy pojedynczych krzywych SAXS otrzymanych w eksperymentach statycznych, przy użyciu klasycznych kamer małokątowych typu kamera Kratky'ego, jak też do wieloelementowych zbiorów krzywych otrzymywanych w eksperymentach dynamicznych prowadzonych z zastosowaniem promieniowania synchrotronowego. Jego istotną zaletą jest to, że może być używany do opracowania krzywych zarejestrowanych przy użyciu zarówno punktowego jak i szczelinowego systemu kolimacji wiązki pierwotnej. Jednym z głównych zadań programu jest wyznaczenie tzw. jednowymiarowej funkcji korelacyjnej charakteryzującej strukturę warstwowych domen wypełniających objętość polimeru. Na podstawie przebiegu tej funkcji, obliczane są wszystkie parametry charakteryzujące strukturę tych domen: grubość lamel krystalicznych i warstw amorficznych, wielki okres, objętościowy stopień krystaliczności domen, grubość obszaru przejściowego na granicy faz, inwariant idealny i rzeczywisty.

5

Analysis of Cotton Maturity Degree on Microstructure Level by Fuzzy Set Conception

Sarna E., Rabiej M., Sarna M., Włochowicz A.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2008

|

Vol. 16, no. 1 (66)

13--18

EN

This paper is a continuation and generalisation of an earlier study of cotton maturity degree determination in the earlier paper. Up till now the maturity degree of cotton has been determined by the analysis of longitudinal outside views of cotton fibres. Early, we proposed a method of cotton maturity determination based on SEM images of cotton fractures. Fuzzy set conception was adopted to analyse each image, considering the fracture category. In this paper have emphasized the fuzzy aspects of cotton maturity determination by analysing the longitudinal outside views of cotton in accordance with the “Russian-standard”, and by using a new method for determination, which is based on analysing SEM images of cotton fractures proposed by as.

PL

Przedstawiona praca stanowi kontynuację wcześniejszych badań nad wyznaczaniem stopnia dojrzałości bawełny do tej pory wyznaczanego na podstawie analizy wzdłużnego, zewnętrznego widoku włókna bawełny. W wcześniejszej pracy zaproponowano metodę wyznaczania dojrzałości bawełny na podstawie analizy obrazów SEM przełomów włókien bawełny. Do analizy cech obrazów przełomów włókien została zastosowana koncepcja zbiorów rozmytych. W prezentowanym opracowaniu zastosowano elementy zbiorów rozmytych również do oceny wzdłużnego widoku włókna. Utworzono „wzorzec rozmyty” bazując na tzw. „Standardach Radzieckich”. Miara „zbliżenia” zbioru rozmytego jest użytecznym narzędziem do wyznaczania stopnia dojrzałości bawełny.

6

Metody korekcji zniekształceń rentgenowskich krzywych dyfrakcyjnych polimerów

Rabiej M., Rabiej S.

Czasopismo Techniczne. Mechanika

|

2006

|

R. 103, z. 6-M

415-418

PL

W pracy opisano metody korekcji rentgenowskich krzywych dyfrakcyjnych polimerów zastosowane w programie komputerowym WAXSFIT. Korekcja obejmuje redukcję szumów spowodowanych statystycznie przypadkowymi zakłóceniami procesu rejestracji oraz eliminację promieniowania Comptona i promieniowania tła.

EN

The paper presents the methods of corrections of X-ray diffraction curves of polymers employed in the computer program WAXSFIT. The corrections cover the reduction of noises caused by random disruptions of registration process and elimination of background and Compton scattering.

7

Analysis of Synchrotron WAXD Curves of Semicrystalline Polymers by Means of the Optifit Computer Program

Rabiej M., Rabiej S.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2005

|

Vol. 13, no. 5 (53)

75--78

EN

A new version of the OptiFit computer program intended for the elaboration of large sets of WAXD curves recorded in synchrotron time-resolved experiments is described. The curves are resolved into crystalline peaks and an amorphous halo using a multiobjective optimisation procedure, and a hybrid system which combines a genetic algorithm with a classical optimisation procedure. The program enables a comprehensive analysis of WAXD curves and provides graphic presentation of the results obtained. It Is helpful in the quantitative description of time- or temperature-dependent structural transformations taking place in both the crystalline and amorphous phases of the polymers investigated.

PL

W artykule przedstawiono nową wersję programu komputerowego OptiFit, przeznaczoną do opracowywania dużych zbiorów krzywych WAXD, rejestrowanych w synchrotronowych eksperymentach w czasie rzeczywistym. Krzywe są rozkładane na piki krystaliczne i składową amorficzną przy użyciu procedury optymalizacji wielokryterialnej i systemu hybrydowego, który łączy algorytm genetyczny i klasyczną metodę optymalizacyjną. Program umożliwia wszechstronną analizę krzywych WAXD i umożliwia graficzną prezentację otrzymanych rezultatów. Jest pomocny w opisie ilościowym czasowo- i temperaturowo- zależnych transformacji strukturalnych, zachodzących zarówno w fazie krystalicznej, jak i amorficznej badanych polimerów.

8

Zastosowanie optymalizacji wielokryterialnej do wyznaczania stopnia krystaliczności polimerów semikrystalicznych

Rabiej M.

Polimery

|

2003

|

T. 48, nr 4

288-295

PL

Opracowano sposób modyfikacji metody Hindele-ha-Johnsona wyznaczania stopnia krystaliczności (SK) polimerów umożliwiający znaczną poprawę jej jednoznaczności. W procedurze rozkładu rentgenowskich krzywych dyfrakcyjnych na piki krystaliczne i składową amorficzną wprowadzono, obok kryterium najlepszego dopasowania krzywej teoretycznej i doświadczalnej, dodatkowe kryterium związane z profilem składowej amorficznej. Oprócz dwóch klasycznych metod optymalizacji Powella i Rosenbrocka zastosowano nowe wielokryterialne procedury optymalizacyjne (system hybrydowy) wykorzystujące algorytmy genetyczne, które są mniej wrażliwe na wybór warunków początkowych. Pozwoliło to na uzyskanie znacznie bardziej jednoznacznych i wiarygodnych rozwiązań. Porównano wyniki rozkładu krzywych dyfrakcyjnych próbek poli(tereftalanu etylenu) i polipropylenu za pomocą tych trzech wspomnianych metod, a także przedstawiono analizę statystyczną dotyczącą uzyskanych liczbowych wartości SK. Rozrzut tych wartości w przypadku optymalizacji wielokryterialnej jest znacznie węższy niż w klasycznych metodach optymalizacji.

EN

On the basis of a literature review, an additional criterion of resolution of diffraction curves into crystalline peaks and amorphous component, in generally used Hindeleh-Johnson method of the polymers crystallinity degree (SK) determination, has been proposed. Besides two classical optimization methods by Powell and Rosenbrock, new multicriterial optimization procedures (hybrid system) have been used. They were applying the genetic algorithms which are less sensitive to initial conditions choice. All that allowed to obtain much more credible solutions. The results of resolution of diffraction curves of poly(ethylene terephthalate) and polypropylene samples, using three above mentioned methods, have been compared (Tables 1 and 2, Figs 3-6). As well statistical analysis concerning numerical SK values obtained was presented (Table 3). Scatter of these values in the case of multi- criterial optimization appeared to be much narrower than when classical optimization methods were used.

9

Wyznaczanie stopnia krystaliczności polimerów semikrystalicznych za pomocą programu komputerowego "OptiFit"

Rabiej M.

Polimery

|

2002

|

T. 47, nr 6

423-427

PL

Przedstawiono opis programu komputerowego "OptiFit" umożliwiającego rozkład rentgenowskich dyfraktogramów polimerów semikrystalicznych na składowe pochodzące od fazy krystalicznej i amorficznej w celu obliczenia stopnia krys-taliczności (SK) takich polimerów. Program działa na podstawie procedury Hindeleha i Johnsona (również szczegółowo omawianej w artykule) i pozwala na wybór jednej z kilku metod optymalizacyjnych. Zastosowano go w badaniach własnych do obliczenia wartości SK próbek PET, PP i PA6 na podstawie rejestracji ich dyfraktogramów.

EN

A description of the ''OptiFit" software used for resolution of X-ray diffraction patterns of semicrystalline polymers into components coming from crystalline and amorphous phases to calculate their degree of crystallinity (SK) has been given. The software implements the Hindeleh and Johnson procedure (also described in detail) and allows selection of one of four optimization methods. The software was applied to determine SK values of PET, PP and PA6 base don registration of their diffractograms.