基于Pdepe算法的高温作业防护服装厚度设计

针对高温作业专用服装的温度分布以及最优厚度的设计问题,运用MATLAB中的Pdepe算法、遗传算法、迭代算法和智能算法,分别建立了空气层和单层固态热传导模型、空气层和三层织物层混合模型、基于遗传算法、多次迭代和智能算法的厚度求解模型,运用MATLAB软件进行编程求解,得到了皮肤表层温度分布关系图和防护服装的最优厚度等结论,给出了防护服的最低成本的设计方案.     

消防服多层织物系统的组合构成与性能

消防服需要具备热防护性等各种功能,从材料构成角度取决于其使用的各层织物及组合方式.为求解消防服的多层织物系统具有最佳性能的配伍组合问题,提出了两步法进行筛选:首先测评各组份织物的基本性能;其次时满足基本性能要求的各层织物按正交表设计的组合方案进行整体性能测评.以国内消防服产品常用织物为例进行了讨论,分析了多层织物组合系统的整体热防护性能(TPP)值与其厚度、面密度、燃烧前后质量损失之间的关系.     

基于蒙特卡罗算法的高温作业防护服优化设计

高温作业防护服应具备较好的热防护性和使用性.在降低研发成本的条件下,对高温作业防护服的厚度值进行了优化求解.首先将三维的热传导过程简化为一维问题,立足于傅里叶热传导定律、稳态热传导方程、传热学原理等,建立了一维稳态热传导模型,得到了厚度、时间与温度差之间的关系.利用有限差分法求解出温度分布情况,误差分析结果验证了模型的可靠性.在满足约束条件的情况下,对防护服第2层与第4层厚度的最优设计采用蒙特卡罗算法,可避免陷入局部最优解,降低了研发成本,缩短了研发周期.同时,还可为相关高温作业防护服设计及其衍生产业发展提供参考.     

基于热传递数学模型的高温作业服织物厚度设计

针对高温作业服的第Ⅱ层防水层和第Ⅳ层空气层的厚度选取问题,建立三层织物-空气层-假人皮肤层的热传递模型,采用有限差分法求解模型的偏微分方程并利用MATLAB数学软件进行计算,得到三维温度分布图;在假设的约束条件下确定了第Ⅱ层防水层和第Ⅳ层空气层的最优厚度分别为19. 06和5. 78 mm。     

广义边界控制法在多层热传导边界识别问题中的应用

基于有限元(FEM)的广义边界控制法可应用于求解固体力学的反问题。带有柯西数据(部分边界的温度值与热流值)的多层热传导边界识别问题是一类反向热传导问题。研究用该方法求解带有柯西数据的一维多层热传导边界识别问题,并证明了该方法的可行性。数值实例证实基于有限元的广义边界控制法对多层热传导边界识别问题是有效且稳定的。     

高温环境下热防护服的温度分布研究

针对高温环境下热防护服的温度分布及各层厚度优化问题,利用热传导规律及逐步优化方法,建立了多层介质中的一维热传递模型和优化搜索模型。首先,根据防护服不同层前后分界面的温度连续性和热传递速率相等的特点,结合一维热传导方程,建立了各层介质中热传递的偏微分方程以及相应的初始条件和边界条件。为了确定所建模型的参数,该文建立了逐步优化模型,采用变步长搜索算法进行搜索。然后应用基于C-N格式的有限差分法对定解问题模型进行数值求解,得到从衣服外层一点到人体皮肤的温度分布。为确定满足温度条件的各防护层的厚度,该文建立了基于防护层厚度的优化模型,并应用变步长搜索算法进行求解,得到最优厚度值。最后对模型进行灵敏度分析,验证了模型的稳定性及可行性。     

机织物热阻的理论模型研究

研究了织物传热的宏观、微观机理,认为热流在织物中的传递具有各向异性,热流在纤维中主要沿轴向传递,在织物中主要沿纱线轴向传递.通过对平纹、斜纹、缎纹织物热阻的实例分析,建立了与织物结构参数相关的热阻理论模型.在此模型的基础上,分析了织纹组织、织物厚度和容重对织物热阻的影响规律,丰富了织物热传导理论.     

基于热传导方程模型对高温防护服装的设计研究

消防员在进行近火作业时所装备的防护服装通常由三层织物材料构成。文章基于热传导方程的模型,对高温环境下经过热防护服传热到假人皮肤的整个热传导模型进行研究。通过研究温度分布,运用偏微分方程、遗传算法计算得出隔热层的最优厚度,并且考虑各方面因素,对防护服的设计提供一个最优方案。     

基于热传导定律的高温作业服装设计研究

针对高温作业专用服装设计的问题,借助热传导偏微分方程对假人皮肤外侧随时间变化的温度进行求解,然后运用遗传算法和粒子群算法相结合对服装材料层最优厚度进行寻优.综合运用了Matlab、STATA及LINGO等软件编程求解,得出了在给定环境下热防护服不同层次的温度分布表以及在不同的限制条件下达到目标防护效果的最优厚度.     

关于多层针织物间温度梯度的研究

作者设计了模拟人体多层穿着状态的实验装置,并配以数据处理的微机系统,组成专门的测试系统,以讨论多层针织物间温度梯度的分布情况。作者通过分析。得出了一些有意义的结论:如多层针织物间温度梯度的分布服从指数曲线的变化规律;织物层数、空气层厚度、织物的组织结构等因素对多层针织物间每一层内的温度有显著的影响等等。     

土工织物加筋法加固软基边坡的效果分析

通过构造软基边坡概化模型,利用有限元软件PLAXIS分析土工织物在不同软基深度下边坡中的加固效果,主要将整体安全系数、竖向位移与水平位移进行对比分析,分析结果表明土工织物加筋法,可明显提高边坡的整体稳定性、减小地基的不均匀沉降和限制侧向变形.当软基厚度较薄时,土工布的铺设可大大提高边坡的整体稳定性,但是位移的减小程度不明显;对于软基厚度较大,加固效果与软基厚度较薄时恰好相反;而且,多层土工织物的铺设对于边坡稳定性的提高并不明显.     

层合结构瞬态热传导方程的一种精细解法

 提出了层合结构瞬态热传导方程的一种精细解法,该方法适用于单层或者多层介质的情况。首先将结构的瞬态热传导方程沿空间方向均匀(单层介质)或者分段均匀（多层介质）离散,转化为关于时间的常微分初值问题,然后将离散后的拉普拉斯差分算子由块三角矩阵转化为块对角形式,结合已有的精细积分算法,建立了求解层合结构瞬态热传导问题的一种有效方法。该方法具有良好的精度,还可以无条件地满足算法的稳定性要求,算例表明了这方法的有效性。     

热传导方程的解是解析函数的几种证明方法

利用热传导方程初值问题的求解公式,给出了齐次热传导方程初值问题的解是解析函数的证明.对于热传导方程初边值问题,利用求解公式,通过估计各阶偏导数,给出了齐次热传导方程初边值问题的解是解析函数的证明.     

功能梯度材料稳态热传导方程的分层精细指数法

 提出了功能梯度材料稳态热传导方程的分层精细指数化法(Layered Exponential Precise Method, LPEM)。首先将稳态热传导方程单向离散,转化为沿厚度解析的常微分边值问题。然后将厚度M等分,利用相邻结点间状态参量的精细积分关系式,将常微分边值问题转化为一个几乎无离散误差的代数方程组,并给出合并消元的递推公式。对于热传导系数沿厚度指数或者分段指数规律变化的情况,该方法具有极高的精度与效率;对于更一般的情况,提出了将热传导系数沿厚度分段指数化的求解方法。算例的结果证明了该文方法的有效性。     

分数阶偏微分方程求解与优化模型对高温防护服设计的计量分析

针对研究多层高温作业专用服热量传递问题与实际限定工作条件下高温防护服装厚度设计问题,基于热传导分数阶偏微分方程求解,结合函数插值拟合,非线性优化,粒子集群法和遗传算法等多种数学和计量算法,分别构建分数阶偏微分方程,非线性优化和反问题等数学模型,并结合Matlab、Lingo等计量软件编程计算和实际拟合结果,最终在基于分数阶偏微分方程和非线性优化算法使用下,得到在多层热传递温度分布规律,单层材料层温度的时间分布以及实际限定工作条件下高温防护服最优厚度设计等主要结论。可以为模型推广应用到实际作业服装设计和相关衍生领域研究提供了理论支持和基础。     

城市交通的热传导分布模型研究

运用热传导理论来建立城市交通分布模型,并通过平面热传导方程来对建立城市交通分布模型的可行性进行了研究,给出了热传导分布模型及初始条件和求解方法.     

直线法结合有限差分法计算多层多导体传输线电容和电感矩阵

本文首次将直线法和有限差分法结合起来,用于计算多层介质多导体传输线的电容和电感矩阵.通过在纯介质区域使用直线法,导体所在区域使用有限差分法分别进行求解,充分发挥两种方法各自的优越性.数值结果表明:方法是有效的,且计算时间与介质层的厚度无关.     

热传导方程解的梯度估计和解析性

利用热传导方程初值问题的求解公式,给出了齐次热传导方程初值问题的解是解析函数的证明.对齐次热传导方程的解给出了梯度估计,并通过对各阶偏导数的估计应用泰勒公式,给出了齐次热传导方程的解是解析函数的证明.     

高温作业的热传导与有限差分求解

在一维假设下,将高温作业问题(以专业服装设计问题为例)转化为数学问题,给出了热传导方程和有限差分求解,将温度在时间和空间上离散化,利用MATLAB编程得到了稳态时温度的数值解和不同时刻的空间温度分布情况.在环境温度、工作时间等约束条件下,得到了高温作业专用服装第二层的最优厚度.此结果可为高温作业服装设计降低研发成本,缩短研发周期提供参考.     

求解热传导方程的一族三层隐式差分格式

提出求解热传导方程的一族高精度三层九点隐式格式,格式的截断误差为O(τ2+h4).利用Fourier方法证明差分格式是绝对稳定的.并通过数值试验,比较差分格式的解和精确解,说明差分格式的有效性.