基于反向建模的細胞自動機水泥水化仿真方法研究.pdf

1、水泥在工業(yè)領域應用廣泛，是世界基礎設施建設的支柱。水泥的微觀結(jié)構(gòu)直接影響其強度，因此研究水泥水化的微觀演化過程對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雜性，人們至今沒能完全理解水泥水化的過程。傳統(tǒng)的物理化學方法在研究水泥水化的過程中根據(jù)實驗測定的樣品指標，采用人工定義的水化規(guī)則正向推導進行建模，方法復雜且建立的模型準確度低。隨著計算材料學的發(fā)展，采用計算機模擬水泥水化反應過程已成為材料科學發(fā)展的熱點。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)演化的細胞自動機模型，從觀測到的數(shù)據(jù)中采用多種方式提取出水化規(guī)則，并對不同模型的實驗結(jié)果進行了模擬對比。本文主要從以下幾個方面對水泥水化微觀結(jié)構(gòu)的演變過程模擬進行了研究分析：
　?。?）特征提取及數(shù)據(jù)預處理
　　提出了基于微米級顯微斷層掃描圖像（μCT）的水泥三維顆粒特征提取方法。由于CT技術在掃描樣本的過程中不會對樣本本身造成太大的損害，因此能夠保證樣本數(shù)據(jù)的真實性。同時，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，這就能夠保證μCT得到的圖像像素的灰度值與相應位置所表示的物質(zhì)組成存在很好的相關性。
　　將二維水泥圖片序列合成三維水泥顆粒，通過三維空間的位置確定周圍26個像素點為鄰域，基于鄰域提取到和鄰域相關的特征數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)進行處理后可以作為各種模型的原始輸入輸出數(shù)據(jù)。
　?。?）多基因表達式與粒子群算法混合編程
　　為了適應水泥水化數(shù)據(jù)的特性，論

4、文提出了采用多基因表達式編程（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UCI數(shù)據(jù)集中的回歸問題進行了測試，并與其余常用算法進行了對比，表明該混合編程方法在解決一般函數(shù)發(fā)現(xiàn)問題中也有很好的表現(xiàn)。
　?。?）水泥微觀結(jié)構(gòu)演化過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)的細胞自動機模型，對模型的原理結(jié)構(gòu)以及實現(xiàn)進行了詳細的分析，并對仿真結(jié)果的誤