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。
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:
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:
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:
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):