高温作业专用服装在高温环境下工作时会发挥很大的作用,为了降低成本,
缩短研发周期,本文针对高温作业专用服装各层厚度最优问题,做了深入研究。
利用热传导方程,通过迭代的方法建立温度分布模型。基于此模型,考虑环境温
度、热传导速率限制等约束条件,建立目标优化模型。可以得到最优厚度,从而
降低高温作业服饰设计成本。
针对问题一中温度分布问题,本文根据能量守恒定律和傅里叶定律推导出热
传递方程,建立热传递模型。分析了实际情况下四层组织材料之间的热交换边界
条件及初值,建立了不同材料的温度分布模型,该模型可以求解不同时间下不同
位置的温度。利用温度分布模型,计算温度分布,生成 Excel 文件。
针对问题二中Ⅱ层最优厚度问题,基于问题一中的Ⅱ层的温度分布模型,推
导出目标函数,考虑环境温度、Ⅱ层与Ⅲ层接触面温度范围等约束条件,建立非
线性目标优化模型。利用 MATLAB 编程求得Ⅱ层的最优厚度为 15.6mm。
针对问题三中Ⅱ层、Ⅳ层最优厚度问题,本问题是一种具有双层递阶结构的
系统优化问题,该类问题解本题的思路为先求解上层最优解,后求得下层最优解,
该问题中Ⅱ层为上层、Ⅳ层为下层。根据不同层次建立目标函数,通过迭代温度
分布方程,得到皮肤层温度分布模型,利用该模型计算出皮肤温度范围,作为约
束条件,建立双层模型,追求设计高温作业专用服装最低成本。本文采用全局最
优解算法,利用 MATLAB 编程,求得 II 层和 IV 层的最优厚度分别为 10.5mm 和
6.4mm。
2019-12-21 20:09:50
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数学建模
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