2002高教社杯全国大学生数学建模竞赛题及其参考答案整理

发布时间:2023-04-09 21:40:18   来源:文档文库   
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2002高教社杯全国大学生数学建模竞赛
A车灯线光源的优化设计参考答案
注意:以下答案是命题人给出的,仅供参考。各评阅组应根据对题目的理解及学生的解答,自主地进行评阅。
.假设和简化(.模型的建立
建立坐标系如下图,记线光源长度为l,功率为WB,C点的光强度分别为hB(lW
hC(lW先求hB(lhC(l的表达式,再建立整个问题的数学模型.
x2y2
以下均以毫米为单位,由所给信息不难求出车灯反射面方程为z,焦点坐标为
60
0,0,15
1位于点P(0,w,15的单位能量的点光源反射到点C(0,2600,25015的能量
x2y2
.记入射向量为a,该点反射面外法线方向为b,不难得设反射点的坐标为Q(x,y,
60

到反射向量c满足
222zrxy,

从而得c(cx,cy,cz的表达式
注意到反射光通过C,应有
A
B
Cc
r2900
其中k为常数.从上述第一式可解得x0k.由此得反射点坐标满足以下
2wyP
两组方程:
通过计算可知,存在w0
C
a
y
0Q
C22
1.56,ww0时第一组方程不存在满足r36的实
bx
C2
,即无反射点.而当ww0,有两个反射点Qi(0,yi,yi/60,i1,2.
而第二组方程仅当3.8119w1.5609时存在满足r36的一对实根,
22
x2y2
,记为Q3,Q4.有两个反射点(x,y,
60
若反射点的坐标为Q(x,y,z,则位于点P(0,w,15的单位能量点光源经Q点反射
C点的能量密度(单位面积的能量,正比于光强度其中
为反射向量与z轴的夹角,2hB(l,hC(l的表达式

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l的具有单位能量的线光源位于点P(0,w,15的长dw的微小线光源段反射到C点的能量密度为其中
l的具有单位能量的线光源反射到C点的能量密度为类似可得hB(l的表达式.相应的反射点方程为
B
相应的w00.78,而第二组方程的有两个反射点的范围为w[1.906,0.7800005].
3优化设计的数学模型
设线光源的功率为W,则它反射到B点和C点的能量密度分别为hB(lW
hC(lW.问题的数学模型为:
.模型的求解
hB(l,hC(l可以用数值积分求得.hB(l应具备下列性质:
'
其中lB为起亮值,lB为最大值点,l0为考察的最大范围,例如取为20mmhC(l也有类似的性质,且起亮值和最大值点均相应地右移.数值求解hB(l2hC(l,记其解为ll*,再求出
''''''lB,lC,不难看出lBlCl*落在(lB,lC之中。
w*1/hC(l*2/hB(l*现证w*为问题之最优值。事实上,对可行域中任一(l,wll*,
w2H/hB(l2H/hB(l*w*,(用到ll*hB
ll*,有wH/hC(lH/hC(l*w*(用到ll*hc这就证明了w*的确是最小值。
''
事实上数值结果为lB3.16,lC6.22,l*3.62.
.反射光亮区的计算
分别将线光源和车灯反射面离散化为点光源和面元的集合,计算每一点光源关于每一车灯反射面元的反射光线,判断其是否与车灯反射面相交,若相交,一次反射光不能到达测试屏,否则求出该反射光线与反射屏平面的交点,即为反射亮点。所有这些亮点的集合即为反射光亮区。亮区的上半部分由下图所示(横坐标为x轴,纵坐标为y轴,单位为mm,下半部分与上半部分是关于x轴对称的..注记
(1计算hB(l,(hC(l的另一方法是建立问题的数值模型用数值模拟的方法加以解决.具体的做法是:在得到反射光线和反射到测试屏上能量的数学模型后,分别将线光源和车灯反射面离散化为点光源和面元的集合,在测试屏B(C点附近取一微小面元.计算每一点光源关于每一车灯反射面元的反射光线,将所有能到达该面元的反射光线的反射能量迭加起来,除以面元的

本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/8d48f0cf773231126edb6f1aff00bed5b8f3731f.html

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