針對高溫環(huán)境隔熱服裝材料存在的質(zhì)量過大等問題,通過有限元分析建立材料優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型并提出一種改進(jìn)混合PSO算法,可進(jìn)行仿真優(yōu)化求解,用于解決高溫環(huán)境材料的體積大、質(zhì)量大的難題。首先從限制的邊界條件出發(fā),通過引入有限元去分析高溫環(huán)境下工作服在時間和空間上的溫度分布情況。為確定最優(yōu)的各層材料厚度,通過建立多元非線性規(guī)劃模型,運(yùn)用改進(jìn)混合粒子群算法進(jìn)行優(yōu)化求解;為了構(gòu)建最優(yōu)的適應(yīng)度函數(shù),引入罰函數(shù)對基本的粒子群PSO算法進(jìn)行修正。為了避免盲目搜索問題,運(yùn)用混合粒子群算法對全局種群更新與個體更新相聯(lián)系。實(shí)際仿真數(shù)據(jù)結(jié)果表明,在上述算法求解的的高溫工作服各層材料厚度較上市工作服薄1.01mm,內(nèi)表恒定溫度平均低0.81℃。

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【部分圖文】：

圖1n層固體疊加材料模型

對于邊界條件的確定,如圖1所示,以n層固體材料疊加的形式予以考察,其分布規(guī)律首先分析單層規(guī)則材料壁的導(dǎo)熱[14]。若已知兩個表面的溫度t1,t2,材質(zhì)厚度為δ,則邊界條件為

圖2四種動態(tài)慣性因子變化曲線

其中ωstart是初始慣性因子,ωend是迭代次數(shù)最大時的慣性因子,k為當(dāng)前迭代次數(shù),依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料[19]可知,初始慣性因子ωstart=0.9、終止慣性因子ωend=0.4時PSO算法性能最優(yōu),因此設(shè)定起始值與終止后,即可描述4種慣性因子函數(shù),其函數(shù)圖像為圖所示:4仿真結(jié)....

圖3不同慣性因子函數(shù)的算法軌跡

每個實(shí)驗設(shè)置進(jìn)化迭代次數(shù)為300次,每個算法實(shí)驗100次,將100次平均值作為求解值。同時,將原始初始最優(yōu)解標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.01的解作為接近最優(yōu)解,將0.85以下的解作為陷入局部最優(yōu)解,通過比較最優(yōu)值、平均值、陷入最優(yōu)解次數(shù)與接近最優(yōu)解次數(shù)作為考察指標(biāo),研究最適于該有限元模型PSO....

圖4四層材料的溫度分布熱圖

下面進(jìn)行高溫環(huán)境隔熱材料的溫度分布仿真,根據(jù)改進(jìn)混合PSO算法的計算結(jié)果,依次仿真4層材料的溫度分布熱圖。如圖所示,顏色偏白色則為高溫區(qū)段,偏黑色則為低溫區(qū)段。通過每一段材料溫度分布仿真熱度圖發(fā)現(xiàn)材料1與材料2的變化不明顯,溫度一直處于63℃-65℃范圍之間,第3層材料的變化較為....

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