基于多層多基因表達(dá)式編程的水泥水化建模及性能預(yù)測(cè).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(yīng)用。隨著社會(huì)工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)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(gè)最為重要的參考指標(biāo)即為水泥強(qiáng)度。水泥強(qiáng)度在硬化過程中是逐漸增長(zhǎng)的，根據(jù)時(shí)間可以劃分為早期強(qiáng)度（3-7天之前），后期強(qiáng)度（28天及其以后），長(zhǎng)期強(qiáng)度（3個(gè)月以后）。由于水泥強(qiáng)度在28天時(shí)基本形成并且以后增長(zhǎng)緩慢，所以通常選用水泥水化后第28天的強(qiáng)度作為衡量水泥質(zhì)量的參考標(biāo)準(zhǔn)。此外，由于水泥早期水

2、化反應(yīng)對(duì)水泥漿體的微觀結(jié)構(gòu)形成和強(qiáng)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(yù)測(cè)28天的水泥強(qiáng)度已成為水泥領(lǐng)域重要的研究課題。
　　 目前，水泥強(qiáng)度的傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法主要包括物理實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法。物理實(shí)驗(yàn)方法是借助物理儀器來測(cè)定給定樣品的物理性能指標(biāo)，進(jìn)而研究水泥強(qiáng)度與物理性能之間的關(guān)系;數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法則研究的是理化性能與強(qiáng)度間的數(shù)學(xué)關(guān)系。由于水泥強(qiáng)度的預(yù)測(cè)是一個(gè)非線性多變量的問題，所以這兩種方法不能準(zhǔn)確有效地預(yù)

3、測(cè)水泥強(qiáng)度。近年來隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提升和智能計(jì)算領(lǐng)域技術(shù)的日益成熟，除了采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)手段外，計(jì)算機(jī)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(jì)算的思想去研究水泥水化的規(guī)律，并對(duì)水化后28天水泥抗壓強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)。首先提出了一種新的進(jìn)化計(jì)算算法，然后在該算法基礎(chǔ)上建立了兩個(gè)模型:其中一個(gè)是水泥強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型，另一個(gè)是水泥早期水化動(dòng)力學(xué)模型。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　 1.提出了一種新的進(jìn)化計(jì)算算法，即多層

4、多基因表達(dá)式編程進(jìn)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(dá)式編碼進(jìn)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(gè)體間的信息共享范圍，而且也增加了各微基因的復(fù)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(shí)算法也避免了在某些情況下進(jìn)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(dòng)力學(xué)建模算法，該算法首先采用MMEP來萃取水泥水化動(dòng)力學(xué)常微分方程的基本結(jié)構(gòu)表達(dá)式，然后采用PSO(粒子群算法，Particle SwarmOptimization)對(duì)上述獲取到的基本結(jié)構(gòu)表達(dá)式進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，以期獲得當(dāng)前結(jié)構(gòu)表達(dá)式中最佳的參數(shù)組合。最后采用四階的龍格庫(kù)塔算法(forth order Runge-Kutta)對(duì)上述獲取到的動(dòng)力學(xué)微分方程求其在數(shù)據(jù)系列中各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的解。該混合