介绍一种利用元胞自动机思想求解二维弹性力学问题的方法。该算法将问题求解域离散成随机分布的场节点,每个场节点被定义为一个元胞,而其位移则为元胞的状态量。算法规定,每一个元胞都有一个多边形的邻域,此邻域内包含其它元胞。借助于有限元插值思想,算法建立了任意一个元胞状态量和相邻元胞状态量的关系,将二维弹性力学问题的求解转化为元胞状态量的演化。本研究中的演化规则考虑了遗传因素,演化过程具有并行性,因此可提高计算效率。通过随机分布点建立的元胞自动机是一种无网格算法,但在二维问题边界附近可以与有限元网格无缝连接,因此在固体力学计算中具有较好的应用前景。数值算例验证了算法的合理性和可行性。

为了解决生物激励神经网络算法在全覆盖路径规划中陷入死区的问题,提出了脱困点搜索和脱困路径规划组合的脱困机制。建立了工作区域的栅格模型,分析了生物激励神经网络算法原理和缺陷。通过设计元胞演化规则,给出了基于元胞自动机的最佳脱困点搜索方法。对于脱困路径规划问题,传统RRT算法的采样和扩展具有随机性和盲目性,提出了神经元活性引导RRT算法,使RRT算法的随机树扩展具有较强的方向性。经仿真验证,与传统RRT算法相比,神经元活性引导RRT算法的耗时减少了一个数量级,扩展节点数减少了2倍,脱困路径减少了12.96%,是一种非常高效的脱困方法。另外,具有脱困机制的生物激励神经网络算法能够完成工作区域全覆盖,有效解决了死区问题。

为研究轴向振动冷挤压工艺中成形件组织演化规律,采用元胞自动机方法模拟了轴向冷挤内花键成形过程中毛坯的微观组织演化过程。发现施加辅助振动的冷挤工艺加工出来的内花键平均晶粒尺寸明显小于无辅助振动时的平均晶粒尺寸。通过正交试验,分析了振动频率、振动幅值和挤压速度对成形件微观组织的影响规律。方差分析的结果表明,振动幅值对齿根部位晶粒平均尺寸影响最显著,而对节圆与齿顶部位晶粒尺寸影响最显著的分别是振动频率和挤压速度;振动频率对成形件齿根和节圆部位的平均晶粒均匀度影响最显著,挤压速度对齿顶的晶粒均匀度影响最显著。对辅助振动参数影响晶粒细化的机理进行了总结。

构建了一个符合放电等离子体烧结法制备陶瓷材料微观组织演变规律的元胞自动机模型,成功将放电等离子体烧结法的烧结参数耦合进所构建的模型,并建立了气孔演变的模拟方法。在模拟结果中,晶粒粒径随保温时间与烧结温度的增加呈指数趋势增长,气孔随着烧结温度与保温时间的增加逐渐减少,材料致密度增加,符合晶粒生长的拓扑学特征和晶界迁移规律。

基于局部作用原理,借用有限元离散和插值技术,引入元胞自动机的演化思路,得到一种新的力学计算方法--元胞单元法.它将结构的整体求解变成局域分析,通过力的局域间的不平衡传递达到最终的整体平衡.它对计算机容量要求低,可形成一种高度并行的算法,可望在大型结构和纳米力学的大规模模拟方面得到应用.为探讨其适用性,将其用于三维实体问题分析,给出了元胞模型和计算步骤,进行了数值试验,给出了计算结果.

以CR340差厚板退火过程为研究对象,采用实验和模拟方法对其组织演变进行对比分析。结果表明,运用MATLAB软件开发的模拟再结晶退火CA程序可以用来模拟差厚板退火过程,并验证了该模型的可靠性。

为了研究股票价格在宏观上的变化趋势以及产生这些变化的主要因素。提出了一种新的基于元胞自动机的模型分析股票价格宏观变化，构建了新的股票价格变化规则以及新的股票交易量的变化模型，假设了两大类影响股票价格宏观变化趋势的因素，同时也细化了股票交易量的函数。模拟了当影响因素都利好，影响因素都利空以及影响因素利好利空交替出现的情况下，股票价格在宏观上的变化情况。仿真结果在一定程度上模拟了股票价格的宏观变化情况和股票价格变化的波动聚集性，说明了假设的两大类因素的合理性以及演化模型的正确性。

建立了所有规则下的初等元胞自动机的可视化模型及界面，设计了用于判断初等元胞自动机稳定性的应用程序，并可直接计算得到演化类型及周期。在此基础上，模拟得到了不同元胞数m，随机产生的不同的初始状态，不同规则数R以及各种边界条件下初等元胞自动机的演化结果，并分析了以上因素对稳定性的影响。结果表明：元胞数m，初始状态，规则数R以及边界条件，均对初等元胞自动机的演化类型，演化周期产生较大影响。充分反映了元胞自动机的复杂性。模型从模拟的角度出发，为元胞自动机的复杂性研究提供了一个简单的、可视的计算机仿真工具，并可为复杂的理论推导提供参考或验证。

根据切屑上向卷曲的机理及其折断理论推导出等效槽形宽度的计算式计算出切削中碳钢的三维复杂槽形等效槽形的宽度。在此基础上建立了可转位车刀片三维复杂槽形典型剖面的槽形曲线元胞自动机模型提出了元胞演化规则实现槽形曲线的动态演化和槽形曲线的设计为三维复杂槽形曲面的设计奠定了基础。

应用元胞自动机模型对城市道路交通流进行模拟,其中主要对一维、二维、及方形区域道路工况进行实现。制定交通规则分析不同初始条件和边界条件对所研究道路内车流的影响规律。结果表明:虽然在不同工况下,交通流的运动状态不同,但边界条件对车流密度的影响比初始条件影响大,时间越长,相差越明显,且当足够时间后,车流密度在边界条件附近波动;在同向双车道情况下,出现局部车流密度显著增大,在边界条件较大时会出现交通波现象,继续增大则出现长时间堵塞现象,得出了与实际情况相吻合的结论。