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2018年高教社杯全國大學生數(shù)學建模競賽題目
A題高溫作業(yè)專用服裝設計
在高溫環(huán)境下工作時,人們需要穿著專用服裝以避免灼傷。專用服裝通常由三層織物材料構成,記為I、II、III層,其中I層與外界環(huán)境接觸,III層與皮膚之間還存在空隙,將此空隙記為IV層。
為設計專用服裝,將體內(nèi)溫度控制在37ºC的假人放置在實驗室的高溫環(huán)境中,測量假人皮膚外側(cè)的溫度。為了降低研發(fā)成本、縮短研發(fā)周期,請你們利用數(shù)學模型來確定假人皮膚外側(cè)的溫度變化情況,并解決以下問題:
(1)專用服裝材料的某些參數(shù)值由附件1給出,對環(huán)境溫度為75ºC、II層厚度為6mm、IV層厚度為5mm、工作時間為90分鐘的情形開展實驗,測量得到假人皮膚外側(cè)的溫度(見附件2)。建立數(shù)學模型,計算溫度分布,并生成溫度分布的Excel文件(文件名為problem1.xlsx)。
(2)當環(huán)境溫度為65ºC、IV層的厚度為5.5mm時,確定II層的最優(yōu)厚度,確保工作60分鐘時,假人皮膚外側(cè)溫度不超過47ºC,且超過44ºC的時間不超過5分鐘。
(3)當環(huán)境溫度為80時,確定II層和IV層的最優(yōu)厚度,確保工作30分鐘時,假人皮膚外側(cè)溫度不超過47ºC,且超過44ºC的時間不超過5分鐘。
附件1.專用服裝材料的參數(shù)值
附件2.假人皮膚外側(cè)的測量溫度
各位廠家、技術、研發(fā)大咖留言給點學生們思路或建議啊。
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問匿名用戶評論等級:
夏季高溫環(huán)境戶外作業(yè)服的熱功能設計方法這篇論文看看是否對高溫作業(yè)專用服裝設計有所幫助
夏季高溫環(huán)境給戶外作業(yè)人員帶來了熱危害,服裝作為高溫防護的重要手段之一,在夏季高溫環(huán)境中的作用備受關注.為找到夏季戶外作業(yè)服的高溫防護方法,從戶外高溫的定義、表征方法以及人體熱平衡機理出發(fā),總結(jié)了影響人體熱舒適的主要因素;基于防護服的一般設計模式,分析了目前服裝中常用的高溫防護措施;提出了“通過主動降溫促進內(nèi)熱傳遞、利用被動隔熱抑制外熱傳遞”的作業(yè)服熱防護機理,可為該類服裝的熱功能設計提供參考.
2018-09-26 13:20:19
問匿名用戶評論等級:
2018年全國大學生數(shù)學建模A題高溫作業(yè)專用服裝設計
這里統(tǒng)一對大家的問題做一個回答:
本題適用差分解法嗎?
求解偏微分方程的方法中,差分方法和有限元是兩類最主流的方法。
差分方法的優(yōu)點是原理簡單,但是只能求解規(guī)則區(qū)域的數(shù)值解。
有限元背后的理論相對難很多,但能夠求解不規(guī)則區(qū)域問題。
本題適用哪種方法解答取決于你的模型假設
本題中涉及多種介質(zhì)的熱傳導的求解,我的建議是,如果不想給自己找麻煩的話,將每種介質(zhì)層假設成規(guī)則的矩形。
既然帶求解區(qū)域是矩形了,那么本題使用差分方法來求解更加合適,關于差分方法,你可以隨便找一本介紹偏微分方程數(shù)值解的書,都有介紹。
當然,你如果將模型假設定義為更符合實際的不規(guī)則問題,能做出來當然是亮點,但切記不要搬起石頭砸自己的腳,畢竟建模時間緊任務重。
是否適用于多層壁熱傳導?
評論區(qū)有人問,是否適用于多層壁熱傳導嗎?
其實就是問這個程序能否求解A題嘛,O(∩_∩)O哈哈~
答案當然是能,但顯然不能直接拿來用,給幾點提示。
思路1:
你單拿出其中一層來求解,和我提供的算例已經(jīng)沒有本質(zhì)區(qū)別了。
因此,你可以一層一層的求解。先求第一層的數(shù)值解,第一層的結(jié)果一有,第二層的邊界條件也就有了,于是第二層也可以求了。
這樣做的潛在問題是,第一層中求解的誤差,必定會傳遞到第二層去,數(shù)學上可能不太完美,但是好理解,代碼改動也少。
思路2:
我認為數(shù)學上更好的方式肯定是整體一起求解,但這就有點困難了。
這樣做時,你需要對每一層邊界在系數(shù)矩陣的相應位置處,都按照邊界處的對應關系進行相應處理。
這需要你對差分方法有著很好的理解,如果我提供的代碼你無法完全看懂,建議就不要考慮了。
關于邊界條件
構造的差分格式是保證解滿足對應的方程,但其實滿足給定方程的解有無窮多種。
而邊界條件的作用其實就是找出你想要的那個解。
之前文章中給出的算例包含的邊界條件是:
u(x,0)
u(0,t)和u(1,t)
在A題中右側(cè)初始溫度好像是沒有的,也就是u(1,t)沒有
首先,你要知道的是,求解需要的邊界條件并不一定非得是這幾個
但是少了一個邊界條件,你就要想辦法補上一個邊界條件,邊界條件也不一定是已知函數(shù)的表達式,導數(shù)的表達式也是可以的(當然,代碼是一定需要相應修改的)。
比如沒有u(1,t),你可以想辦法構造du(0,t)/dx或du(0,t)/dt
這就看你如何理解原問題了,建議查閱文獻,看看別人使用的是哪種邊界條件,相應的對代碼進行修改。當然也可以通過模型假設,將問題向你期待的邊界條件上面靠。
2018-09-17 20:46:24