基于CA数字模式预测砌体墙板破坏模式方法的研究

论文摘要

本文研究利用细胞自动机(cellular automata,简称CA)技术,建立在面外横向均布荷载作用下,预测砌体墙板破坏模式的智能技术模型。被预测墙板的破坏模式是以基础墙板(标准试验墙板)的试验破坏模式为依据,利用细胞自动机技术、类似区域及类似区域匹配准则得到的。类似区域破坏的匹配准则为:如果基础墙板中的某一区域破坏,那么与之对应的被预测墙板的类似区域也认为破坏。这样,就建立了依据基础墙板的试验结果直接预测未知砌体墙板的试验结果的分析技术。此项分析技术研究,产生了诸多的新概念,其在墙板理论分析上,开辟了一个新的途径;其在试验分析上的应用,将节省昂贵的试验经费。本文将细胞自动机模型的核心——转换规则,作为研究的重点,综合考虑砌体墙板所具有的边界条件和几何尺寸等几个重要因素,分析归纳已有的细胞自动机模型的优缺点,提出了新的CA数字模式(即细胞自动机数字模式)——数字模式1,并引入新的影响参数,对该数字模式中各参数的计算和选取进行了较为深入的研究。随后,为了解决数字模式1中存在的缺憾,本文深入研究并提出了数字模式2。通过对比分析,验证了两种新的数字模式的可行性,丰富与发展了原来在此研究课题中所建立的细胞自动机模型。与此同时,利用计算机仿真模拟,基于本文建立的两种CA数字模式,分别预测砌体墙板的破坏模式,将预测结果与已有试验结果和前人的预测结果对比分析。分析结果表明:本文预测的砌体墙板的破坏模式不仅达到了相关的精度和准确性要求,而且与前人的预测结果相比,裂缝走势更清晰准确,效果更好,预测出的破坏模式涵盖范围更广泛。同时,与数字模式1预测结果对比,数字模式2预测出的破坏模式更细致,次生裂缝更明显。通过本文建立的两种CA数字模式,进一步革新了细胞自动机模型的转换规则,发展了应用细胞自动机预测砌体墙板破坏模式的方法,弥补了前人研究工作的不足,进一步拓展了智能技术在计算土木工程领域的应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 课题目的
• 1.1.3 课题意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内对面外水平荷载作用下的砌体墙体的研究状况
• 1.2.2 国外对面外水平荷载作用下的砌体墙体的研究状况
• 1.2.3 国内细胞自动机技术在结构工程领域的应用状况
• 1.2.4 国外细胞自动机技术在结构工程领域的应用状况
• 1.3 课题研究的基础与内容
• 1.3.1 课题研究的基础
• 1.3.2 本论文的研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 细胞自动机原理与类似区域简介
• 2.1 引言
• 2.2 细胞自动机原理简介
• 2.2.1 细胞自动机简要发展历程
• 2.2.2 细胞自动机的定义
• 2.2.3 细胞自动机的构成
• 2.2.4 细胞自动机的一般特征
• 2.2.5 细胞自动机的应用
• 2.2.6 经典的细胞自动机模型简介
• 2.3 类似区域简介
• 2.3.1 类似区域的概念
• 2.3.2 匹配类似区域的基本准则
• 2.4 本章小结
• 第3章 CA数字模式
• 3.1 引言
• 3.2 砌体墙板的细胞自动机模型
• 3.3 砌体墙板的细胞单元划分
• 3.4 数字模式1
• 3.4.1 数字模式1 的建立
• 3.4.2 数字模式中参数的确定
• 3.4.3 数字模式1 的可行性分析
• 3.5 数字模式2
• 3.5.1 数字模式2 的建立
• 3.5.2 数字模式2 的可行性分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于CA数字模式预测砌体墙板的破坏模式
• 4.1 基于CA数字模式预测砌体墙板破坏模式的步骤
• 4.2 已有试验数据简介
• 4.2.1 基础板的性质与试验数据
• 4.2.2 检测板的性质与试验数据
• 4.3 应用数字模式1 预测砌体墙板的破坏模式
• 4.3.1 预测几何尺寸为2.5m ×2.5m待预测墙板的破坏模式
• 4.3.2 预测几何尺寸为3.75m ×2.5m待预测墙板的破坏模式
• 4.3.3 预测几何尺寸为5.0m ×2.5m待预测墙板的破坏模式
• 4.3.4 预测几何尺寸为6.0m ×2.5m待预测墙板的破坏模式
• 4.4 应用数字模式2 预测砌体墙板的破坏模式
• 4.4.1 预测几何尺寸为2.5m ×2.5m待预测墙板的破坏模式
• 4.4.2 预测几何尺寸为3.75m ×2.5m待预测墙板的破坏模式
• 4.4.3 预测几何尺寸为5.0m ×2.5m待预测墙板的破坏模式
• 4.4.4 预测几何尺寸为6.0m ×2.5m待预测墙板的破坏模式
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢