• 基于Matlab求解高教社杯全国大学生数学建模竞赛(CUMCM2018A题)——高温作业服的优化设计(源码+数据)


    题目

    A题 高温作业专用服装设计
    在高温环境下工作时,人们需要穿着专用服装以避免灼伤。专用服装通常由三层织物材料构成,记为I、II、III层,其中I层与外界环境接触,III层与皮肤之间还存在空隙,将此空隙记为IV层。
    为设计专用服装,将体内温度控制在37ºC的假人放置在实验室的高温环境中,测量假人皮肤外侧的温度。为了降低研发成本、缩短研发周期,请你们利用数学模型来确定假人皮肤外侧的温度变化情况,并解决以下问题:

    • 专用服装材料的某些参数值由附件1给出,对环境温度为75ºC、II层厚度为6 mm、IV层厚度为5 mm、工作时间为90分钟的情形开展实验,测量得到假人皮肤外侧的温度(见附件2)。建立数学模型,计算温度分布,并生成温度分布的Excel文件(文件名为problem1.xlsx)。

    • 当环境温度为65ºC、IV层的厚度为5.5 mm时,确定II层的最优厚度,确保工作60分钟时,假人皮肤外侧温度不超过47ºC,且超过44ºC的时间不超过5分钟。

    • 当环境温度为80 时,确定II层和IV层的最优厚度,确保工作30分钟时,假人皮肤外侧温度不超过47ºC,且超过44ºC的时间不超过5分钟。

    思路

    首先,我们需要明确高温作业服的优化设计目标,一般包括提高舒适度、降低热传递、增强防护等方面。然后,针对具体问题进行解题思路如下:

    1. 问题一:高温作业服的材料选择问题。

    解题思路:在选择高温作业服的材料时,需要考虑其导热性能、透气性能、防火性能等因素。可以通过以下步骤进行优化设计:

    • 研究不同材料的导热系数和热容量,选择导热性能低、热容量小的材料,减少热传递。
    • 考虑材料的透气性能,选择透气性好的材料,保持良好的空气流通,增加舒适度。
    • 考虑材料的防火性能,选择具有一定阻燃性能的材料,提高防护性能。

    2. 问题二:高温作业服的结构设计问题。

    解题思路:在高温作业服的结构设计中,可以考虑以下方面进行优化:

    • 设计通风口和排汗孔,增加空气流通,提高散热效果。
    • 采用分层结构设计,将内外层隔离开,减少热传递。
    • 根据不同部位的热传递情况,采用不同的材料和结构设计,提高局部的防护性能。

    3. 问题三:高温作业服的人体工程学问题。

    解题思路:在高温作业服的人体工程学设计中,可以考虑以下方面进行优化:

    • 根据人体的生理特点和运动规律,设计合理的服装剪裁和尺寸,提高穿着舒适度。
    • 考虑人体不同部位的热敏感性,设计合适的通风口和散热装置,提高散热效果。
    • 通过人体试穿和实验数据分析,不断优化设计,逐步提高高温作业服的舒适度和防护性能。

    源码+数据

    基于Matlab求解高教社杯全国大学生数学建模竞赛(CUMCM2018A题)——高温作业服的优化设计(源码+数据):

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