基于反向建模的細(xì)胞自動(dòng)機(jī)水泥水化仿真方法研究.pdf

1、水泥在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是世界基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的支柱。水泥的微觀結(jié)構(gòu)直接影響其強(qiáng)度，因此研究水泥水化的微觀演化過(guò)程對(duì)提高水泥的性能具有非常重要的意義。
　　由于水泥水化的極端復(fù)雜性，人們至今沒(méi)能完全理解水泥水化的過(guò)程。傳統(tǒng)的物理化學(xué)方法在研究水泥水化的過(guò)程中根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的樣品指標(biāo)，采用人工定義的水化規(guī)則正向推導(dǎo)進(jìn)行建模，方法復(fù)雜且建立的模型準(zhǔn)確度低。隨著計(jì)算材料學(xué)的發(fā)展，采用計(jì)算機(jī)模擬水泥水化反應(yīng)過(guò)程已成為材料科學(xué)發(fā)展的熱點(diǎn)。本文采用

2、反向建模的思想，建立了水泥水化三維微觀結(jié)構(gòu)演化的細(xì)胞自動(dòng)機(jī)模型，從觀測(cè)到的數(shù)據(jù)中采用多種方式提取出水化規(guī)則，并對(duì)不同模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了模擬對(duì)比。本文主要從以下幾個(gè)方面對(duì)水泥水化微觀結(jié)構(gòu)的演變過(guò)程模擬進(jìn)行了研究分析：
　?。?）特征提取及數(shù)據(jù)預(yù)處理
　　提出了基于微米級(jí)顯微斷層掃描圖像（μCT）的水泥三維顆粒特征提取方法。由于CT技術(shù)在掃描樣本的過(guò)程中不會(huì)對(duì)樣本本身造成太大的損害，因此能夠保證樣本數(shù)據(jù)的真實(shí)性。同時(shí)，μCT像

3、素的灰度值能夠代表的是該區(qū)域的平均線性衰減系數(shù)，該系數(shù)和水泥圖像中的物相組成相關(guān)，這就能夠保證μCT得到的圖像像素的灰度值與相應(yīng)位置所表示的物質(zhì)組成存在很好的相關(guān)性。
　　將二維水泥圖片序列合成三維水泥顆粒，通過(guò)三維空間的位置確定周圍26個(gè)像素點(diǎn)為鄰域，基于鄰域提取到和鄰域相關(guān)的特征數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后可以作為各種模型的原始輸入輸出數(shù)據(jù)。
　?。?）多基因表達(dá)式與粒子群算法混合編程
　　為了適應(yīng)水泥水化數(shù)據(jù)的特性，論

4、文提出了采用多基因表達(dá)式編程（MEP）優(yōu)化函數(shù)結(jié)構(gòu)，粒子群算法（PSO）優(yōu)化函數(shù)系數(shù)的 MEP-PSO混合編程算法。采用該算法對(duì)UCI數(shù)據(jù)集中的回歸問(wèn)題進(jìn)行了測(cè)試，并與其余常用算法進(jìn)行了對(duì)比，表明該混合編程方法在解決一般函數(shù)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題中也有很好的表現(xiàn)。
　　（3）水泥微觀結(jié)構(gòu)演化過(guò)程反向建模模型分析
　　論文最后采用多種反向建模方法構(gòu)建水泥水化微觀結(jié)構(gòu)的細(xì)胞自動(dòng)機(jī)模型，對(duì)模型的原理結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并對(duì)仿真結(jié)果的誤