高温作业专用服装设计

本文以2018全国大学生数学建模竞赛A题为例,研究高温作业专用服装设计。高温专用服装通常由三层织物材料构成,记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。本文考虑两种工作情况:一是环境温度65℃、Ⅳ层厚度5.5mm时,确定Ⅱ层最优厚度,确保工作60分钟时,假人皮肤外侧温度不超过47℃,且超过44℃时间不超过5分钟。二是环境温度80℃时,确定Ⅱ、Ⅳ层最优厚度,确保工作30分钟时,假人皮肤外侧温度不超过47℃,且超过44℃时间不超过5分钟。针对情况一:根据已知条件,用电学类比热学,建立基于电学的热力方程式的防热服外表温度变化模型。使用基于遗传算法和非线性规划的函数寻优算法,得到Ⅱ层最优厚度10.7842mm。针对情况二:采用电热类比的优化模型,通过理论推导和数值实验分析环境温度、工作时间等参数对Ⅱ层厚度、Ⅳ层厚度等状态的影响。确定环境温度、工作时间和服装固定厚度系统参数,使Ⅱ、Ⅳ层厚度及假人皮肤外侧温度尽量小。结合约束条件,使用遗传算法进行最优解逼近,求得Ⅱ、Ⅳ层最优厚度分别为13.4739mm、3.7435mm。