元胞自动机环境下水泥水化过程模拟及算法.pdf

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1、学位授予单位蹙垫垄墨盘堂学位授予日期答辩委员会主席盈建评阅入塑丝塞2011年4月独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文使用授权书Ⅵ队≮本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允

2、许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。(保密的论文在解密后应遵守此规定)研究生(签名)：墨夔窒导师(签名)j‰卫丛乏摘要水泥水化过程是一个极为复杂的过程，水泥水化计算机模拟作为水泥材料研究的一个方面，对于研究并预测水泥性能有重大意义和实用价值，是目前科学研究的重点。美国NIST的CEMHYD3D软件是模拟水泥水化过程和水泥浆体微观结构演

3、变的计算机模拟软件，是水泥水化计算机模拟这一研究的领域的重要成果。本文通过认真研究并分析CEMHYD3D软件的源代码和附带指导说明文字，详细论述了水泥水化模拟过程，水化模型程序结构及其中的数据结构和算法，并在此基础上着重论述元胞自动机理论对水化过程的指导作用。一、阐述水泥的烧制过程，水泥组份和水化机理，并依据水化机理给出水泥主要物相的水化反应方程式；二、从二维背散射／X-ray图像获取二维数字化信息，如待研究水泥的水灰比，颗粒尺度分布，表面积分数等参数，用于构建初始三维微结构。三、以二维水泥图像中水泥物相的面积分数、边缘周长分数分别等同于

4、三维颗粒物相的体积分数、表面积分数这一重要对应关系为依据，构建颗粒的初始三维水泥微观结构。四、以元胞自动机方法为理论指导，在原有6邻居关系的元胞自动机模型上提出新的26邻居关系的元胞自动机水化模型，按照溶解一扩散／反应的水化顺序构建相应的水化规则并将其算法化，从而用新模型来模拟三维微结构水泥水化过程。五、以CEMHYD3D软件为基础，结合水化的各个阶段剖析水化过程的框架结构及核心算法。本文创新之处在于，采用26邻居关系的元胞自动机模型来模拟水化反应过程，给出水化溶解规则算法和扩散规则算法。对于较为复杂的反应规则给出单相结构的晶体生长模拟过

5、程，以Matlab为可视化工具模拟显示晶体生长情况，并将模拟结果与成熟的二维晶体生长模型进行比较以验证模拟结果的正确性，为研究工作的进行提供更直观的依据。关键字：元胞自动机；水泥水化；微观结构；可视化AbstractCementhydrationisaverycomplexprocess．Computersimulationforcementhydrationexistingasapartofstudyofcementhydration,isworthyofstudyingandpredictingthecementperformance

6、，andisafocalpointofscientificstudyforcementhydration．CEMHYD3DfromNISTisasoftwarepackagethatCallconstructathree-dimensionalcomputingmodeltosimulatethecementhydrationandmicrostructxtreevolutionprocess，andisasignificantandupdatedachievementinfieldofcomputersimulationforcemen

7、thydration．OnthebasisofcarefulstudyandanalysisofCEMHYD3DsoRware’S$ouroccodeandguidelines，thisthesiselaboratestheprocessaboutsimulationforcementhydration,hydrationmodelprogramstructures，datastructuresandalgorithms，andfocusoncellularautomatatheory’sguidanceonhydration．First

8、ly,explainingcementfiringprocess,cementcomponents,hydrationmechanism,andhydrationreasonequations