شماره ركورد
30755
پديد آورنده
سيد علي افتخار افضلي
عنوان
كاربرد روشهاي يادگيري ماشين در تخمين عملكرد مكانيكي و دوام بتنهاي سازگار با محيط زيست
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي عمران گرايش ساز ه
سال تحصيل
1399
تاريخ دفاع
1402/06/21
استاد راهنما
محسنعلي شايانفر
استاد مشاور
محمد قانوني بقا
دانشكده
مهندسي عمران
چكيده
انتشار حدود 4 ميليارد تن CO2 در سال صنايع توليد سيمان را به يكي از منابع اصلي افزايش سطح گازهاي گلخانهاي در اتمسفر تبديل كردهاست. در نتيجه نگرانيهاي رو به رشد در مورد گرمايش جهاني و تغييرات آب و هوايي در سالهاي اخير، ژئوپليمرها و مواد قليايي فعال به عنوان يك جايگزين سبز سازگار با محيط زيست براي بتن هاي با پايه سيمان كه ميتواند با مصرف انرژي كمتري به توليد برسد، معرفي گرديدند كه باعث كاهش انتشار CO2ناشي از صنعت ساختوساز ميگردد. با توجه به نقش حياتي ژئوپليمرها و مواد قليايي فعال در گسترش ساخت و ساز پايدار و فقدان مدل هاي قابلاعتماد براي پيشبيني ويژگيهاي مقاومتي و دوام آنها، مطالعه حاضر با هدف امكانسنجي بهكارگيري و ارزيابي توانايي الگوريتم هاي مختلف يادگيري ماشين در مدلسازي و تفسير ماهيت اين سيستم ها انجام گرفته است. در اين راستا با دو پارامتر اصلي مقاومت فشاري و ضريب مهاجرت ناپايدار يون كلريد بر مبناي استاندارد492 NT BUILDبه ترتيب در ژئوپليمرها و مواد قليايي فعال با پايه متاكائولن، سرباره كوره بلند و خاكستر بادي مورد مطالعه و مدلسازي قرار گرفته اند. بدين منظور پايگاههاي دادهاي با مرور منابع متعدد موجود در ادبيات فني موضوع شامل طرح مخلوط، تركيبات شيميايي پيشماده مورد استفاده و همچنين شرايط عملآوري و پيشعملآوري نمونهها تدوين گرديد و صدها مدل توسط الگوريتمهاي يادگيري ماشين شامل ماشين تقويت گراديان، جنگل تصادفي، درخت تصميم، شبكه عصبي مصنوعي و ماشين بردار پشتيبان توسعه داده شد. در مرحله بعد مدلهاي توسعه داده شده توسط شاخصهاي عملكردي مختلفي مورد ارزيابي قرار گرفتند و در نهايت پيشبيني هاي انجام شده توسط بهترين مدلها با روشهاي مختلفي نظير آناليز اهميت ويژگي و توضيحات افزوده شپلي تفسير گرديد و اثرات تغيير در پارامترهاي مختلف ورودي بر خروجي مدلها بررسي شد. نتايج ارزيابي مدلهاي توسعه داده شده، عملكرد برجسته ماشين تقويت گراديان در پيشبيني مقاومت فشاري بتن ژئوپليمري با پايه متاكائولن را نشان ميدهد. نشان دادهشد كه نسبت سنگدانه درشت به ريزدانه، ميزان آب مورد استفاده در طرح مخلوط، نسبت مولي H2O/Na2O، و ميزان محلول سديم هيدروكسيد مورد استفاده در طرح مخلوط بيشترين سهم را در گسترش مشخصات مكانيكي بتنهاي ژئوپليمري با پايه متاكائولن را دارا ميباشند. علاوه بر اين در مدلسازي دوام بتنهاي قليايي فعال با پايه سرباره كوره بلند و خاكستر بادي ملاحظه شد كه الگوريتم شبكه عصبي مصنوعي پيشخور چندلايه بهترين عملكرد را در پيش بيني ضريب مهاجرت ناپايدار يون كلريد از خود نشان ميدهد. بر اين اساس آناليز اهميت ويژگي تاثير قابلتوجه نسبت اتمي Ca/Si، محتوي SiO2 محلول فعال كننده قليايي، محتوي آب كل طرح مخلوط و دماي عملآوري را برجسته ميكند.
تاريخ ورود اطلاعات
1403/02/01
عنوان به انگليسي
Application of Machine Learning Techniques in Forecasting Mechanical and Durability Properties of Environmentally Friendly Concretes
تاريخ بهره برداري
1/1/1900 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
سيدعلي افتخارافضلي
چكيده به لاتين
Approximately 4 billion tons of CO2 emissions are released annually from cement production industries, making them one of the primary sources contributing to the increase in greenhouse gas levels in the atmosphere. As a result of growing concerns about global warming and climate change in recent years, geopolymers and alkali-activated materials have been introduced as environmentally friendly alternatives to cement-based concrete. These materials can be produced with lower energy consumption and contribute to reducing CO2 emissions from the construction industry. Given the crucial role of geopolymers and alkali-activated materials in sustainable constructions and the lack of reliable models for predicting their mechanical properties and durability, this study aimed to assess, employ, and evaluate the capabilities of various machine learning algorithms in modeling and interpreting the nature of these systems. To achieve this, databases were developed by reviewing various sources in the technical literature, including mix design, chemical compositions of precursor materials, as well as curing and pre-curing conditions. Hundreds of models were then developed using machine learning algorithms, including gradient boosting machine, random forest, decision tree, artificial neural network, and support vector machine.
In the next stage, the developed models were evaluated using various performance metrics, and the predictions made by the best models were interpreted using different methods such as feature importance analysis and Shapley explanations. The effects of variations in different input parameters on the model outputs were also investigated using partial dependence plots. The results demonstrate the outstanding performance of gradient boosting machine model in predicting the compressive strength of metakaolin-based geopolymer concrete. Additionally, it was found that the coarse-to-fine aggregate ratio, water content in the mix design, H2O/Na2O molar ratio, and the amount of sodium hydroxide solution used in the mix design have the greatest influence on the mechanical properties of metakaolin-based geopolymer concrete. Furthermore, in the modeling of the durability of blast furnace/ fly ash-based alkali-activated materials, it was observed that artificial neural networks with a multilayer perceptron architecture perform best in predicting the non-steady state chloride ion migration coefficient. Additionally, the results highlight the significant impact of the atomic ratio of Ca/Si, the content of SiO2 in the alkali activator solution, the total water content in the mix design, and the curing temperature based on feature importance analysis.
كليدواژه هاي فارسي
يادگيري ماشين , ژئوپليمر , مواد قليايي فعال , مقاومت فشاري , ، ضريب مهاجرت ناپايدار يون كلريد
كليدواژه هاي لاتين
machine learning , geopolymer , alkali-activated materials , compressive strength , non-steady state chloride migration coefficient
Author
Seyed Ali Eftekhar Afzali
SuperVisor
Mohsen Ali Shayanfar