[发明专利]基于遗传算法与非线性规划对高温防护服的研究方法

权利要求书

1.基于遗传算法与非线性规划对高温防护服的研究方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)建立数学模型

a.根据给定的实验数据，使用MATLAB进行图像的绘制并对数据进行多项式拟合，进行反复试验发现选用三次方的拟合结果最贴合实际情况，以此结果进行求解；

b.将防护服由外向内分为第I层、第II层、第III层和第IV层；

c.通过对热传递公式的优化，从而建立了各层高温防护服材料的热传递模型；

所述热传递模型由三层不同织物材料构成由三层不同织物材料构成记为I、II、III层，其中I层与外界环境接触，III层与皮肤之间存在空隙的记为IV层，I、II、III和IV层只存在热传导，由此，四层织物材料的热传递模型分别如下：

C^A＝ρc (1.5)

其中，分别为I、II、II、IV层的显热容；ρ为材料的密度；c表示相应材料的比热；u表示温度；t表示时间；x表示水平坐标；a₁、a₂、a₃、a₄分别表示I、II、II、IV层的热传导率；t_exp表示假人暴露在外界环境温度为75℃的时间；Ω_i中的i＝1，2，3，4表示x的取值范围，其中Ω₁＝(0，L₁)，Ω₂＝(L₁，L₁+L₂)，Ω₃＝(L₁+L₂，L₁+L₂+L₃)，Ω₄＝(L₁+L₂+L₃，L₁+L₂+L₃+L₄)；L₁，L₂，L₃，L₄分别表示I、II、II、IV层的厚度；

d.使用步骤a中给的数据进行的三次多项式拟合结果，得到确切的边界函数，添加线性的辅助函数将非齐次的边界问题转化为齐次边界，结合傅里叶级数求解热方程；

e.最后利用MATLAB软件中PDE工具箱绘制模型中所需要的图像，再通过模型计算得到各层在各个时间的温度，汇总为温度分布EXCEL表；

(2)预测防护服II层最优厚度

A、在上述步骤(1)的基础上，将所得温度分布函数设定相关约束条件，使之满足在工作60分钟时，假人皮肤外侧温度不超过47℃，且超过44℃的时间不超过5分钟，其中II层厚度为变量；

B.根据建立的目标函数和约束条件建立非线性规划模型；所述目标函数为：所述约束条件为：其中，l＝L₁+L₂+L₃+L₄；L₂为IV层厚度；u₁(t)＝65为外界环境温度；t_max，t_min分别为满足温度大于44℃的时间最大值与最小值；

结合最小二乘近似法，依据遗传算法解决多维空间及非线性的搜索最优解问题的性质，寻求II层厚度的最优值；

C.使用遗传算法进行50、100、150、200、300、400代的迭代求解；

D.最后确定II层的最优解；

(3)预测防护服II层和IV层的最优厚度

A.在步骤(2)的基础上增加了一个变量IV层厚度，在满足约束条件的前提下，分别取II层和IV层的厚度最小值，目标函数仍是防护服材料总厚度；

B.对所建模型进行求解，同时结合模拟退火算法，进行高级算法的演算；

C.通过MATLAB的运行得到II层的最优解和Ⅳ层的最优解。

2.根据权利要求1所述的基于遗传算法与非线性规划对高温防护服的研究方法，其特征在于：所述步骤(1)、(2)和(3)中的热传递是一维方向内的传导，并且导热均匀。