基于多層多基因表達式編程的水泥水化建模及性能預測.pdf

1、水泥是重要的工業(yè)建筑材料，目前在諸多領(lǐng)域得到廣泛應用。隨著社會工業(yè)的發(fā)展，人們對水泥的質(zhì)量、品種、性能方面提出了更多更高的要求。衡量水泥性能的一個最為重要的參考指標即為水泥強度。水泥強度在硬化過程中是逐漸增長的，根據(jù)時間可以劃分為早期強度（3-7天之前），后期強度（28天及其以后），長期強度（3個月以后）。由于水泥強度在28天時基本形成并且以后增長緩慢，所以通常選用水泥水化后第28天的強度作為衡量水泥質(zhì)量的參考標準。此外，由于水泥早期水

2、化反應對水泥漿體的微觀結(jié)構(gòu)形成和強度的發(fā)展有著極為重要的影響，因此研究早期水泥水化規(guī)律和預測28天的水泥強度已成為水泥領(lǐng)域重要的研究課題。
　　 目前，水泥強度的傳統(tǒng)的預測方法主要包括物理實驗方法和數(shù)理統(tǒng)計的方法。物理實驗方法是借助物理儀器來測定給定樣品的物理性能指標，進而研究水泥強度與物理性能之間的關(guān)系;數(shù)理統(tǒng)計方法則研究的是理化性能與強度間的數(shù)學關(guān)系。由于水泥強度的預測是一個非線性多變量的問題，所以這兩種方法不能準確有效地預

3、測水泥強度。近年來隨著計算機性能的不斷提升和智能計算領(lǐng)域技術(shù)的日益成熟，除了采用傳統(tǒng)的實驗手段外，計算機模擬也逐漸成為解決材料領(lǐng)域問題的新的方法。本文嘗試采用基于智能計算的思想去研究水泥水化的規(guī)律，并對水化后28天水泥抗壓強度進行預測。首先提出了一種新的進化計算算法，然后在該算法基礎上建立了兩個模型:其中一個是水泥強度預測模型，另一個是水泥早期水化動力學模型。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　 1.提出了一種新的進化計算算法，即多層

4、多基因表達式編程進化算法:MMEP(Multi-layer Multi-Expression Programming)。該算法將傳統(tǒng)的MEP算法拓展為基于多層的多表達式編碼進化算法，并在基因的結(jié)構(gòu)引用方式上添加了基因的“跨層引用模型”，該算法不僅提高了種群個體間的信息共享范圍，而且也增加了各微基因的復用率。因此該算法從一定程度上增加了種群多樣性，減少了MEP算法中編碼結(jié)構(gòu)冗余問題，同時算法也避免了在某些情況下進化過程容易陷入局部極優(yōu)的問

5、題。
　　 2.建立了基于MMEP的混合動力學建模算法，該算法首先采用MMEP來萃取水泥水化動力學常微分方程的基本結(jié)構(gòu)表達式，然后采用PSO(粒子群算法，Particle SwarmOptimization)對上述獲取到的基本結(jié)構(gòu)表達式進行參數(shù)優(yōu)化，以期獲得當前結(jié)構(gòu)表達式中最佳的參數(shù)組合。最后采用四階的龍格庫塔算法(forth order Runge-Kutta)對上述獲取到的動力學微分方程求其在數(shù)據(jù)系列中各個時間點的解。該混合