Прохоров В.Т. Особенности защиты человека от воздействия низких температур

Подождите немного. Документ загружается.

301

тическая модель системы «человек – одежда – среда», в которой туло-

вище человека описано эллиптическими цилиндрами, что повышает

точность геометрического описания модели тела человека, однако

существует ряд допущений в процессе описания процессов теплооб-

мена в системе, которые не являются оптимальными. Рассматривае-

мая математическая модель дает искомое сочетание параметров идеа-

лизированной одежды, например, толщину, режим, регуляции темпе-

ратуры в обогреваемой одежде и т.д. Однако она не учитывает кон-

кретных величин, которые учитывают свободу облегания человека

одеждой, прибавку на дыхание, толщину пакета, конструктивно-

декоративные припуски.

В последствии проектировщику приходится методами конст-

руирования адаптировать готовые конструкции одежды к рассчитан-

ным оптимальным параметрам.

Математическая модель становится базой для реализации фор-

мальных методов получения основных параметров конструкции про-

ектируемой теплозащитной или теплоизолирующей одежды и исполь-

зования полученных результатов напрямую при непосредственном

построении конструкции изделия без дополнительных промежуточ-

ных расчетов, основанных на трудоемких опытно-интуитивных под-

ходах. Такие формальные методы получения исходных данных для

непосредственного конструирования чертежей изделий, являются

фундаментом для построения блока систем автоматизированного про-

ектирования теплозащитной одежды.

Задачей построения любой новой методики САПР одежды

должна быть необходимость создания точных формальных методов, с

помощью которых можно легко перейти от оптимизационной матема-

302

тической модели к конечной форме лекал и другим геометрическим,

физическим параметрам разрабатываемой спецодежды.

Все виды конструкторских работ в существующих САПР оде-

жды можно разделить на 3 типа[13,14,15]:

1. Работа с массивами данных по классификационному

признаку (таблицы размеров типовых фигур).

2. Опытно-аналитическая работа по формированию

конструктивных переменных для построения чертежа

(составление массива конструктивных прибавок).

3. Инженерно - графическая работа (построение чертежей

конструкции проектируемой модели и деталей изделия в

условиях компьютерных систем программирования).

Учитывая то, что на сегодняшний день специальной САПР для

проектирования теплозащитной одежды не существует, определенный

блок работ по созданию новой конструкции изделия производится на

основе проведения промежуточных опытно-аналитических расчетов,

которые существенно снижают эффективность работы конструктора в

системах автоматизированного проектирования и не обеспечивают

максимальной точности полученных инженерных решений, так как

вносится значительная доля погрешности из-за субъективности

принимаемых решений.

В таблице 3.3 представлены основные процедуры, выполняе-

мые инженером-конструктором на этапе работы с исходной информа-

цией при проектировании новой модели.

В результате внедрения разрабатываемых математических мо-

делей целью должно быть изменение соотношения представленных

303

видов инженерных работ в сторону увеличения автоматизированных

операций.

Анализ данных показал, что часть проектных работ, основан-

ных большей частью на субъективной опыте конструктора, незначи-

тельно поддается автоматизации. Это особенно проявляется в процес-

се определения конструктивно-декоративной прибавки.

Расчет минимально-необходимой конструктивной прибавки

складывается из нескольких частей и носит комплексный характер,

где присутствует доля, как опытных работ, так и расчетно-

аналитических.

Рассматривая детально каждую составляющую минимально-

необходимой прибавки, следует выделить следующее:

1. Прибавка на свободу дыхания (для теплозащитной одежды

может быть рассмотрена как внутренняя часть прибавки на динамику

(с учетом использования современных материалов, так как теплоза-

щитные материалы последних лет характеризуются высокой степенью

сжимаемости и деформационных свойств));

2. Прибавка на динамику конструкции (для специальной одеж-

ды исходит из максимальных изменений размеров тела человека на

данном участке, справочные данные) [12,13];

3. Прибавка на воздушную прослойку (

∆

∆∆

∆

с учетом удвоенно-

го интервала безразличия для специальной одежды, справочные дан-

ные);

4. Прибавка на толщину пакета, который учитывает толщину

пакета и составляет 2

πδ

, где

толщина пакета.

304

Т а б л и ц а 3.3

Анализ инженерных операций при работе с исходной информаци-

ей для разработки новой конструкции изделия

Наименование

операции

Содержание

операции

Анализ

операции

Соотношение

автоматических

и опытно-

аналитических

(субъективно-

ориентирован-

ных) работ,

Работа с массивами

размерных

признаков

Поиск и определе-

ние требуемого ма

с-

сива размерных пр

знаков

типовой фигуры

Выполняется

автоматически

100:0

Работа с массивами

конструктивных

прибавок

Расчет конструк-

тивных прибавок

по формуле

i.к.дминi

ППП

мин

П обеспечивает

свободу дыхания,

движения, мини-

мальное давление

на тело, толщину

пакета материалов,

наличие воздуш-

ной прослойки для

кожного дыхания

Выполняется

расчетно-

аналитическим

способом на базе:

- таблиц систе-

матизирован-

ных рекомен-

даций

- субъективного

опыта конст-

руктора

20:50

0:30

305

i.к.д

П конструк-

тивно-

декоративная при-

бавка на каждом

участке конструк-

ции. Зависит от си-

луэта, формы, объ-

ема изделия, от ре-

комендаций мод-

ных направлений,

от правильного со-

четания комплекса

перечисленных

факторов

Выполняется ана-

литическим спо-

собом на базе:

- таблиц систе-

матизирован-

ных рекомен-

даций

- субъективного

опыта конст-

руктора

0:20

0:80

Итого (среднее значение) 40:60

В работе [12] целью проводимых исследований являлось соз-

дание блока САПР, который позволил бы определять припуск на тол-

щину пакета, в зависимости от заданных условий эксплуатации изде-

лия. При этом мы сузили зону субъективного принятия решения о ве-

личине прибавки на свободное облегание на участке конструкции до

уровня определения конструктивно-декоративной прибавки, что при-

вело к повышению доли автоматизированных операций при проекти-

ровании новой модели теплозащитной одежды на 26,6%

3.3 Геометрическая модель человека в математических моде-

лях «Ч-О-ОС»

Анализ существующих математических моделей теплового со-

стояния человека в условиях влияния факторов окружающей среды по-

306

зволяет предположительно определить форму элементов человеческого

тела, которое можно разделить на следующие участки: голова – шар; ру-

ки, ноги – цилиндры; туловище – набор эллиптических цилиндров.

Таким образом, человека можно представить в виде совокуп-

ности геометрических фигур, изображенных на рис. 3.4.

Рис. 3.4.Геометрическое формирование элементов тела человека

307

Систематизация приведенного материала представлена в таб-

лице. 3.4.

Т а б л и ц а 3.4

Модельные представления человека

Модель

Столвийк

Д.А.

Жаворонков

А.И, Бринк

И.Ю,

Расторгуева

Н.П, Ермакова

О.А.

Матюшев

Т.В.

Кудрявцев

В.И.

Голова шар шар цилиндр шар

Туловище цилиндр цилиндр цилиндр

набор

эллиптиче-

ских ци-

линдров

Ноги цилиндр цилиндр цилиндр цилиндр

Кисти, стопы

цилиндр цилиндр цилиндр цилиндр

Пальцы рук,

ног

- цилиндр - цилиндр

308

В результате получено новое модельное описание человека, ко-

торое отличается от разработанных ранее представлений геометриче-

ским изображением туловища. Исследование процессов теплообмена

тела человека при таком подходе позволит более рационально распре-

делить утеплитель на поверхности модели.

Аналогичным образом строится геометрическая модель женско-

го тела. Естественно, каноническое представление не подходит для

построения моделей людей с нестандартной комплекцией, как для

мужчин, так и для женщин. Измененные параметры секторов туловища

и гибкая система аппроксимации позволит реализовать эту возмож-

ность с применением подобных уточнённых моделей. Применение ка-

нонических модельных представлений может быть реализовано лишь

для конечностей, которые имеют незначительные отличия.

Новое представление туловища человека в виде набора эллип-

тических цилиндров актуально и обосновано задачей несимметрично-

сти тепловых потоков с туловища человека [14].

Аналогично цилиндра с эллиптическими образующими его

аналог может быть представлен в виде цилиндра, в сечение которого

расположен овал, с параметрами идентичными эллипсу. Такой подход

поможет избежать сложных вычислений и упростит последующую

задачу обсчета тепловых потоков модели [16]. При создании овала

используем метод осей и перпендикуляров, который позволяет преоб-

разовать эллиптический цилиндр в цилиндр, основой которого являет-

ся овал с аналогичными эллипсу параметрами, представленный на

рис. 3.5.

309

Рис. 3.5. Пропорциональные размеры овала представляющие

сечение цилиндра туловища модели

В результате проделанных вычислений необходимо получить

овал, состоящий из восьми секторов по четыре сектора окружностей

малого и большого радиусов.

На рис. 3.6 представлено схематичное изображение овала и все

обозначения, принятые для расчетов.

При построении овала учитываем равенство следующих пара-

метров:

ЕС=СК; АР=РК. (3.10)

Круг

Овал, эквивалентный

эллипсу

Образующие

Вспомогательные линии

при построении

310

Рис. 3.6. Обозначения, принятые при построении овала

Также необходимо заметить, что РО

является серединным

перпендикуляром к АК, а точки О

и О

получены в местах пересече-

ния перпендикуляра с осями координат.

Полученный овал состоит из набора дуг, полученных вращени-

ем: АО

на угол α

и ТО

на угол α

Нетрудно доказать, что треуголь-

ники АОС, АРМ, РМО

, РСF, РFО

, О

ОО

подобные согласно прави-

лу подобия прямоугольных треугольников. Отметим, что РМ является

перпендикуляром к АО

Далее найдем длину дуги, образующую овал (см. рис. 3.6).

21211

44 TOAOL

⋅

. (3.11)

Найдём

ТО

АО

для

этого

определим

углы

Образующая эл-

липс

Окружность ори-

гинального ци-

линдра