2016年数学建模竞赛A题优秀论文
- 格式:pdf
- 大小:1.23 MB
- 文档页数:44
随着我国经济崛起,陆地自然资源急剧减少,我国开发海洋资源迫在眉睫,近年来我国系泊系统的设计摘要在沿海地区建设了多个海洋工作站组成了完善的近浅海观测网。
以便观测天气、海风、海水流速等的情况变化。
近浅海观测网的传输节点由浮标系统、系泊系统和水声通讯系统组成,本文就在海洋观测中在不同风速、钢桶的倾斜角度的情况下研究钢桶、钢管的倾斜角度、锚链形状、浮标的吃水深度和游动区域的问题。
针对问题一,首先建立直角坐标系对系泊系统的浮标、钢管、钢桶、锚链等进行受力分析列出静力学方程,引入重力、浮力、拉力、力、摩擦力、支持力、角度七个参数.松弛与紧绷、拖地与不拖地,锚链的不同状态要求了区别的受力分析,根据相应的锚链状态,我们结合悬链式方程分别建立模型。
然后依靠浮标系泊系统静力计算算出各节钢管的倾斜角度、锚链形状、浮标的吃水深度和游动区域。
针对问题二,在第一问的分析中,已经建立了一套适用于一般情况的模型选择流程,考虑了四种不同的锚链状态,我们将其应用于对问题二的求解,并得到了理想的求解结果。
针对模型考虑之外的重物球质量调节,我们结合已知条件构造不等式,并利用线性规划求解了小球的重力围。
针对问题三 ,我们结合分段外推的数值求解方法,对非静海条件下的系泊系统求解控制方程,在考虑潮汐,不同风力和水深情况下钢桶、钢管的倾斜角度、锚链形状、浮标的吃水深度和游动区域。
首先,根据第一二问的基础模型再考虑外加因素来确定所求各项的值。
关键词:悬链线理论、浮标系泊系统静力计算、动态平衡一、问题重述1.1问题背景向海洋进军,利用开发海洋资源已经成为扩展人类生存资源,提高资源储备的主要方式。
随着人们对大海的研究越来越深刻,在近浅海海域人们需要实时观测天气、海风、海水流速等的情况变化。
这就需要人们建立大量的观测站,而这些观测站的传输节点是由浮标系统、系泊系统和水声通讯系统组成。
其中,系泊系统则是整个传输节点的关键。
1.2问题提出在设计系泊系统时,要求锚链末端与锚的连接处的切线方向和海平面的夹角不超过16度,以保证锚不会被拖行。
数学建模网络挑战赛承诺书我们仔细阅读了第九届“认证杯”数学中国数学建模网络挑战赛的竞赛规则。
我们完全明白,在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式(包括电话、电子邮件、网上咨询等)与队外的任何人(包括指导教师)研究、讨论与赛题有关的问题。
我们知道,抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料(包括网上查到的资料),必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。
我们郑重承诺,严格遵守竞赛规则,以保证竞赛的公正、公平性。
如有违反竞赛规则的行为,我们接受相应处理结果。
我们允许数学中国网站()公布论文,以供网友之间学习交流,数学中国网站以非商业目的的论文交流不需要提前取得我们的同意。
我们的参赛队号为:2202参赛队员(签名) :队员1:王奕队员2:丁梦清队员3:庄亚勤参赛队教练员(签名):教练组参赛队伍组别(例如本科组):本科组数学建模网络挑战赛编号专用页参赛队伍的参赛队号:(请各个参赛队提前填写好):2202 竞赛统一编号(由竞赛组委会送至评委团前编号):竞赛评阅编号(由竞赛评委团评阅前进行编号):2016年第九届“认证杯”数学中国数学建模网络挑战赛第二阶段论文题目洗衣机关键词传动系统优化、悬挂系统模型、“活塞式”洗衣机摘要:洗衣机在生活中有着广泛的应用,较为普及的是波轮式洗衣机、滚筒式洗衣机和搅拌式洗衣机。
本文主要针对为了能尽量提高净衣效能和减小洗涤过程对衣物的机械损伤而提出优化方案。
本文首先分别对波轮式洗衣机和滚筒式洗衣机的结构和工作原理进行分析,再在此基础上对波轮式洗衣机的传动系统优化改进,即用多楔带取代三角皮带;其次对滚筒式洗衣机建立悬挂系统数学模型,列出参数外筒、内筒、上配重、下配重、吊簧、减振器以及电机,计算滚筒洗衣机的势能和动能,得出系统的总动能。
再进行悬挂系统关键参数优化结果理论分析,分析之前和改进后筒体质心垂向(y方向)和侧向(x方向)的振幅最大值的变化。
小区开放对道路通行的影响评价模型摘要本文针对小区开放对道路的影响进行了研究,建立了层次分析模型、通行能力评价模型,使用了MATLAB、EXCEL等软件,得出小区开放在不同条件下会对道路交通产生不同的影响。
首先运用层次分析法,分析得出整体一般情况下小区开放有利于周边道路交通的结论。
之后构建了不同类型的小区,并分析得出小区开放的效果与小区结构及周边道路结构、车流量有关,因此小区开放不能盲目采取,要因地制宜。
最后根据分析结果,从交通通行的角度,向城市规划和交通管理部门提出了关于小区开放的合理化建议。
本文的突出特点是使用了层次分析法定量的比较了小区开放前后道路合理性,构建了对于研究该问题具有代表性的三种类型的小区,并建立了影响评估模型,客观的对不同小区结构及周边道路结构、车辆通行的影响进行评价。
针对问题一,首先查阅相关资料选取影响道路通行的指标,并对选取的指标进行筛选,然后运用各项指标进行层次分析,通过小区开放和小区封闭对道路交通和理性的判断来分析小区开放对道路通行的影响最后得出从整体看来,小区开放有利于道路通行。
针对问题二,通过查阅有关道路通行能力的相关资料建立了通行能力评价模型,首先根据模型求出道路基本通行能力的表达式,基本通行能力是理想状态下的通行能力,与实际情况分析对比存在差异。
因此基于差异,通过各实际因素对道路通行能力的影响进行修正,得到实际道路通行能力的数据。
最终计算出小区开放前后实际通行能力的相对系数。
针对问题三,构建了三种类型的小区,不同类型的小区具有不同的结构及不同的周边道路结构、车流量,应用问题二建立的模型分别对三种小区开放和封闭条件下周边道路的实际通行能力进行了计算,通过相对系数评价不同类型的小区开放对道路通行的影响,分析得出小区开放与地理位置、内部结构等因素有关,不能一概而论。
针对问题四,结合前述模型结果分析结果,从交通出行角度对城市规划部门和交通管理部门提出了合理化意见。
小区开放要合理的实施以体现小区开放的意义。
2016 Mathematical Contest in Modeling (MCM/ICM) Summary Sheet SummaryA traditional bathtub cannot be reheated by itself, so users have to add hot water from time to time. Our goal is to establish a model of the temperature of bath water in space and time. Then we are expected to propose an optimal strategy for users to keep the temperature even and close to initial temperature and decrease water consumption.To simplify modeling process, we firstly assume there is no person in the bathtub. We regard the whole bathtub as a thermodynamic system and introduce heat transfer formulas.We establish two sub-models: adding water constantly and discontinuously. As for the former sub-model, we define the mean temperature of bath water. Introducing Newton cooling formula, we determine the heat transfer capacity. After deriving the value of parameters, we deduce formulas to derive results and simulate the change of temperature field via CFD. As for the second sub-model, we define an iteration consisting of two process: heating and standby. According to energy conservation law, we obtain the relationship of time and total heat dissipating capacity. Then we determine the mass flow and the time of adding hot water. We also use CFD to simulate the temperature field in second sub-model.In consideration of evaporation, we correct the results of sub-models referring to some scientists’ studies. We define two evaluation criteria and compare the two sub-models. Adding water constantly is found to keep the temperature of bath water even and avoid wasting too much water, so it is recommended by us.Then we determine the influence of some factors: radiation heat transfer, the shape and volume of the tub, the shape/volume/temperature/motions of the person, the bubbles made from bubble bath additives. We focus on the influence of those factors to heat transfer and then conduct sensitivity analysis. The results indicate smaller bathtub with less surface area, lighter personal mass, less motions and more bubbles will decrease heat transfer and save water.Based on our model analysis and conclusions, we propose the optimal strategy for the user in a bathtub and explain the reason of uneven temperature throughout the bathtub. In addition, we make improvement for applying our model in real life.Key words: Heat transfer Thermodynamic system CFD Energy conservation For office use onlyT1 T2 T3 T4 For office use only F1 F2F3 F4 Team Control Number 44398 Problem Chosen AEnjoy a Cozy and Green BathContents1 Introduction (4)1.1 Background (4)1.2Literature Review (4)1.3Restatement of the Problem (4)2Assumptions and Justification (6)3Notations (7)4Model Overview (7)5 Sub-model I : Adding Water Continuously (8)5.1 Model Establishment (9)5.1.1 Control Equations and Boundary Conditions (9)5.1.2 Definition of the Mean Temperature (11)5.1.3 Determination of Heat Transfer Capacity (11)5.2 Results (13)5.2.1 Determination of Parameters (13)5.2.2 Calculating Results (14)5.2.3 Simulating Results (15)6 Sub-model II: Adding Water Discontinuously (18)6.1 Heating Model (18)6.1.1 Control Equations and Boundary Conditions (18)6.1.2 Determination of Inflow Time and Amount (19)6.2 Standby Model (20)6.2.1 Process Analysis (20)6.2.2 Calculation of Parameters (20)6.3 Results (21)6.3.1 Determination of Parameters (21)6.3.2 Calculating Results (23)6.3.3 Simulating Results (23)6.4 Conclusion (27)7 Correction and Contrast of Sub-Models (27)7.1 Correction with Evaporation Heat Transfer (27)7.1.1 Correction Principle (27)7.1.2 Correction Results (28)7.2 Contrast of Two Sub-Models (30)7.2.1 Evaluation Criteria (30)7.2.2 Determination of Water Consumption (30)7.2.3 Conclusion (31)8 Model Analysis and Sensitivity Analysis (31)8.1 The Influence of Different Bathtubs (32)8.1.1 Different Volumes of Bathtubs (32)8.1.2 Different Shapes of Bathtubs (34)8.2 The Influence of Person in Bathtub (36)8.2.1 When the Person Remains Static in a Bathtub (36)8.2.2 When the Person Moves in a Bathtub (37)8.2.3 Results Analysis and Sensitivity Analysis (38)8.3 The Influence of Bubble Bath Additives (42)8.4 The Influence of Radiation Heat Transfer (44)8.5 Conclusion (45)9 Further Discussion (45)9.1 Different Distribution of Inflow Faucets (45)9.2 Model Application (46)10 Strength and Weakness (47)10.1 Strength (47)10.2 Weakness (47)Report (49)Reference (50)。
2011高教社杯全国大学生数学建模竞赛题目(请先阅读“全国大学生数学建模竞赛论文格式规范”)A 题 城市表层土壤重金属污染分析随着城市经济的快速发展和城市人口的不断增加,人类活动对城市环境质量的影响日显突出。
对城市土壤地质环境异常的查证,以及如何应用查证获得的海量数据资料开展城市环境质量评价,研究人类活动影响下城市地质环境的演变模式,日益成为人们关注的焦点。
按照功能划分,城区一般可分为生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区等,分别记为1类区、2类区、……、5类区,不同的区域环境受人类活动影响的程度不同。
现对某城市城区土壤地质环境进行调查。
为此,将所考察的城区划分为间距1公里左右的网格子区域,按照每平方公里1个采样点对表层土(0~10 厘米深度)进行取样、编号,并用GPS 记录采样点的位置。
应用专门仪器测试分析,获得了每个样本所含的多种化学元素的浓度数据。
另一方面,按照2公里的间距在那些远离人群及工业活动的自然区取样,将其作为该城区表层土壤中元素的背景值。
附件1列出了采样点的位置、海拔高度及其所属功能区等信息,附件2列出了8种主要重金属元素在采样点处的浓度,附件3列出了8种主要重金属元素的背景值。
现要求你们通过数学建模来完成以下任务:(1) 给出8种主要重金属元素在该城区的空间分布,并分析该城区内不同区域重金属的污染程度。
(2) 通过数据分析,说明重金属污染的主要原因。
(3) 分析重金属污染物的传播特征,由此建立模型,确定污染源的位置。
(4) 分析你所建立模型的优缺点,为更好地研究城市地质环境的演变模式,还应收集什么信息?有了这些信息,如何建立模型解决问题?分分工会舒服的规划法规f x c f 是否撒的发生的发生fx c f 是否撒的发生的发生f x c f 是否撒的发生的发生fx c f 是否撒的发生的发生fx c f 是否撒的发生的发生f x c f 是否撒的发生的阿斯顿发斯蒂芬斯蒂芬题 目 A 题 城市表层土壤重金属污染分析摘 要:本文研究的是某城区警车配置及巡逻方案的制定问题,建立了求解警车巡逻方案的模型,并在满足D1的条件下给出了巡逻效果最好的方案。
2016年美赛A题热水澡一个人用热水通过一个水龙头来注满一个浴缸,然后坐在在浴缸中,清洗和放松。
不幸的是,浴缸不是一个带有二次加热系统和循环喷流的温泉式浴缸,而是一个简单的水容器。
过一会儿,洗澡水就会明显地变凉,所以洗澡的人需要不停地将热水从水龙头注入,以加热洗浴水。
该浴缸的设计是以这样一种方式,当浴缸里的水达到容量极限,多余的水通过溢流口泄流。
考虑空间和时间等因素,建立一个浴缸的水温模型,以确定最佳的策略,使浴缸里的人可以用这个模型来让整个浴缸保持或尽可能接近初始的温度,而不浪费太多的水。
使用你的模型来确定你的策略对浴缸的形状和体积,浴缸里的人的形状、体积、温度,以及浴缸中的人的运动等因素的依赖程度。
如果这个人一开始用了一种泡泡浴剂加入浴缸,以协助清洗,这会怎样影响你的模型的结果?除了要求的一页MCM摘要提交之外,你的报告必须包括一页的为浴缸用户准备的非技术性的说明书来阐释你的策略,同时解释为什么洗澡水的温度得到均衡地保持是如此之难。
2016年美赛B题太空垃圾在地球轨道上的小碎片的数量已引起越来越多的关注。
据估计,目前有超过500,000块的空间碎片,也被称为轨道碎片,由于被认为对空间飞行器是潜在的威胁而正在被跟踪。
2009年2月10日,俄罗斯卫星kosmos-2251和美国卫星iridium-33相撞之后,该问题受到了新闻媒体更广泛的讨论。
一些消除碎片方法已经被提出。
这些方法包括使用微型的基于太空的喷水飞机和高能量的激光来针对一些特定的碎片和设计大型卫星来清扫碎片。
碎片按照大小和质量分步,从刷了油漆的薄片到废弃的卫星都有。
碎片在轨道上的高速度飞行使得捕捉十分困难。
建立一个以时间为考量的模型,以确定最佳的方法或系列方法,为一个私营企业提供商机,以解决空间碎片问题。
你的模型应该包括定量和定性的对成本,风险,收益的估计,并考虑其他的一些重要因素。
你的模型应该能够评估某种方法,以及组合的系列方法,并能够研究各种重要的假设情况。
2016年数学建模竞赛A题优秀论文基于力学分析的系泊系统设计摘要关于系泊系统的设计问题,需要对稳态下的各个物体进行受力分析和力矩分析,建立力学分析模型来求解问题。
针对问题1,先对稳态下的各个物体进行受力分析和力矩分析,建立满足受力平衡和力矩平衡的力学模型。
再以浮标的吃水深度为搜索变量,采用二分法,计算海水深度为18m时所对应的吃水深度和各物体的倾角。
利用MATLAB软件求解可得,风速为12m/s时,钢桶与竖直方向的夹角为1.2319°,钢管与竖直方向的夹角依次为1.2064°,1.2064°,1.2148°,1.2233°。
浮标的吃水深度和游动半径分别为0.6715m,14.6552m。
风速为24m/s时,钢桶夹角为4.6763°,钢管夹角依次为4.5360°,4.5836°,4.6141°,4.6450°;浮标的吃水深度和游动半径分别为0.6857m,17.7614m。
针对问题2,可利用问题1中建立的数学模型,利用MATLAB进行求解,可得风速为36m/s时,钢桶夹角9.6592°;钢管夹角依次为9.4814°,9.4814°,9.5399°,9.5992°;浮标的吃水深度和游动半径分别为0.7086m,18.4906m;最后一节锚链与水平面的夹角为20.9997°故以钢桶夹角小于5°和锚链夹角小于16°为约束条件,逐步增加重物球的质量,采用二分法向水深18m进行逼近。
当重物球的质量为2280kg时,浮标的吃水深度为0.9848m;钢桶夹角为4.4737°;锚链夹角为15.9748°;为使通讯设备的工作效果增强,重物球的质量可以在2280kg的基础上进行适当增加。
针对问题3,可在问题1的受力分析时加入水流力的作用,以最大风速36m/s,最大水流速度1.5m/s为设计指标,通过控制单一变量的方式可确定链条的型号为Ⅴ型的电焊锚链。
小区开放对道路通行的影响评价模型摘要本文针对小区开放对道路的影响进行了研究,建立了层次分析模型、通行能力评价模型,使用了MATLAB、EXCEL等软件,得出小区开放在不同条件下会对道路交通产生不同的影响。
首先运用层次分析法,分析得出整体一般情况下小区开放有利于周边道路交通的结论。
之后构建了不同类型的小区,并分析得出小区开放的效果与小区结构及周边道路结构、车流量有关,因此小区开放不能盲目采取,要因地制宜。
最后根据分析结果,从交通通行的角度,向城市规划和交通管理部门提出了关于小区开放的合理化建议。
本文的突出特点是使用了层次分析法定量的比较了小区开放前后道路合理性,构建了对于研究该问题具有代表性的三种类型的小区,并建立了影响评估模型,客观的对不同小区结构及周边道路结构、车辆通行的影响进行评价。
针对问题一,首先查阅相关资料选取影响道路通行的指标,并对选取的指标进行筛选,然后运用各项指标进行层次分析,通过小区开放和小区封闭对道路交通和理性的判断来分析小区开放对道路通行的影响最后得出从整体看来,小区开放有利于道路通行。
针对问题二,通过查阅有关道路通行能力的相关资料建立了通行能力评价模型,首先根据模型求出道路基本通行能力的表达式,基本通行能力是理想状态下的通行能力,与实际情况分析对比存在差异。
因此基于差异,通过各实际因素对道路通行能力的影响进行修正,得到实际道路通行能力的数据。
最终计算出小区开放前后实际通行能力的相对系数。
针对问题三,构建了三种类型的小区,不同类型的小区具有不同的结构及不同的周边道路结构、车流量,应用问题二建立的模型分别对三种小区开放和封闭条件下周边道路的实际通行能力进行了计算,通过相对系数评价不同类型的小区开放对道路通行的影响,分析得出小区开放与地理位置、内部结构等因素有关,不能一概而论。
针对问题四,结合前述模型结果分析结果,从交通出行角度对城市规划部门和交通管理部门提出了合理化意见。
小区开放要合理的实施以体现小区开放的意义。
系泊系统的设计摘要本文为系泊系统的设计问题,根据题目要求建立了数学模型,计算出系泊系统在不同条件下的具体参数,并利用模型对系泊系统进行优化分析,使其能运用到更广的领域。
针对问题一,首先分析了锚链的形状,利用微积分原理求出锚链的静态方程,用Matlab 画出锚链形状,得出锚链的形状所符合悬链线方程。
然后把钢管、钢桶看成一个整体,并忽略钢管和钢桶倾斜引起的锚链上端高度的变化,分析出锚链的长度和锚链末端与海平面的夹角对吃水深度的影响,又对钢桶、钢管和浮标进行了受力和力矩分析。
最后建立了数学模型,计算出风速为12m/s 和24m/s 时,钢桶和各节钢管的倾斜角度(见表2),浮标吃水深度分别为0.737m 、0.752m ,浮标的浮动区域(此浮动区域是以锚为圆心的圆)面积分别为、,锚链的形状如图(5-11)、(5-12)所示。
针对问题二,由问题一中建立的系泊系统的模型,计算风速为36m/s 时钢桶和各节钢管的倾斜角度、锚链形状和浮标的游动区域。
得到了钢桶和各节钢管的倾斜角度如(表3),浮标吃水深度:0.787m ,以及游动区域面积:1229.39m 。
由于重物球的质量变化影响锚点与海床的夹角,可以通过调节重物球的质量控制锚点与海床的夹角。
分析得出当锚点与海床的夹角处于临界点(即16度)时,重物球的最小质量为1756.8kg ;当浮标刚好没入水中时,重物球的最大质量为5335.8kg 。
针对问题三,以钢桶、钢管的倾斜角度、锚链形状、浮标的吃水深度和游动区域为目标函数,分析动态优化问题。
与问题一、二不同的是:此问题给定了水深、海水速度、风速的取值范围,属于模型动态变化问题。
所以对模型进行了动态分析,求得钢桶、钢管的倾斜角度、锚链形状、浮标的吃水深度和游动区域的取值范围,进而分析水深、海水速度、风速对结果的影响,这有利于系泊系统的调整和应用。
本文所建立的模型对相关问题在理论上作了证明,虽然对部分模型进行了简化,但是实用性很强,而且易于推广,能够扩展到其他系泊系统。