材料科学中的试验设计与分析课件作者张忠明第8章节均匀设计.ppt.pptx

1、第8章 均匀设计,8.4 均匀设计的具体应用,11/13/2019,1,第8章 均匀设计,均匀设计着重在试验范围内考虑试验点均匀散布以求通 过最少的试验来获得最多的信息，能保证试验点具有均匀分 布的统计特性，它使每个因素的每个水平做一次且仅做一次 试验。因而均匀设计试验次数比正交设计明显减少。均匀设 计特别适合于多因素多水平试验。8.1均匀设计的基本原理均匀设计通过均匀设计表来进行试验设计。每一个均匀 设计表都有一个使用表，可指导如何从均匀设计表中选用适 当的列来安排试验。,11/13/2019,2,8.1.1 均匀设计表及其使用表均匀设计表或。其中U是均匀设计表代号，n表示横行数即试验次数，

2、p表示每个因素的水平数，m表示该表 的纵列数即最多可能安排的因素数，且有p=n。U的右上角加“*”与不加“*”代表两种不同类型的均匀设计表。通常加“*”的均匀设计表有更好的均匀性，应优先选用。,11/13/2019,3,使用表,8.1.2 均匀设计的特点,11/13/2019,4,均匀设计表中试验点分布“均匀分散”。均匀设计表中每个因素的每个水平只做一次试验，即每 一列水平无重复。均匀设计表任两列同排之间组成的试验方案并不一定等 价。均匀设计表的试验次数与水平数相等。,11/13/2019,5,（5）均匀试验设计试验次数少。,试验结果采用回归分析方法。适用于多水平多因素模型拟合及优化试验。8.

3、2均匀设计试验的基本方法及应用1、明确试验目的，确定试验指标，选择试验因素2、因素与水平的选取3、选择均匀设计表，进行表头设计，安排因素水平4、确定试验方案，进行试验5、试验结果的回归分析6、优化条件的试验验证7、缩小试验范围进行更精确的试验，寻找更好的试验条件。,11/13/2019,6,8.3混合水平的均匀试验设计,U6(3221)混合水平的均匀设计表,第1列和第2列有3个水平，第3列只有2个水平，总共需 要进行6次试验。混合水平的均匀设计表具有很好的均衡性，,8.4 均匀设计的具体应用,【例8-1】在给定摩擦副材料和环境条件的情况下，影响碳纤维 增强铜基复合材料摩擦磨损性能的主要可控因素

4、有接触面间的 压强P和滑动速度V。用磨损率 表征材料摩擦磨损性能，接触 面间的压强P和滑动速度V各取9个水平，按均匀设计表安排试验方案。下表为磨损率试验的试验方案及试验数据。试 在试验数据基础上，建立磨损率预测回归方程；并给出磨损率 最低时，接触面间的压强P和滑动速度R的取值。,11/13/2019,7,11/13/2019,8,解：（1）建立磨损率回归方程,9次试验中，第7号试验下的磨损率最低，其对应的试验 条件为接触面间的压强P为0.74MPa，滑动速度V为0.44 m.s-1。对试验结果进行回归分析，可建立如下的回归方程：对上述回归方程进行显著性检验，见下表。可见，当置信度为99%时，回

5、归方程高度显著，回归方程可信。,方差来变差平方,11/13/2019,9,自由度方差F值F临界值,显著,11/13/2019,10,（2）最优条件的选取通过回归方程可以看出，在影响磨损率的2个因素中，滑 动速度V的取值越小越好，接触面间的压强P存在一合适值。对回归方程式进行进一步分析，可知当接触面间的压强P为0.32MPa，滑动速度V为0.44 m.s-1时，磨损率最低，仅 为0.83m.h-1。,11/13/2019,11,练习思考题：,1、什么叫均匀性原则？举例说明。2、试说明正交试验设计与均匀试验设计的区别。3、简述均匀试验设计的优点及应用效果。4、正交表与均匀设计表有何异同点？说明均匀

6、设计表U11(1110)、U15(158）、Ul0(1010）、U9(96)的符号、数字的意义。5、为什么均匀试验设计时用“使用表”安排试验？写出U6(66)均匀试验设计时的使用表。6、简述均匀试验设计的特点。7、举例说明水平数为偶数的均匀设计表与奇数的均匀设计表的 区别。8、试述均匀试脸设计的一般步骤。,11/13/2019,12,10、采用均匀设计方法对纳米复相Nd-Fe-Co-Zr-B系永磁合金 成分进行优化设计试验，以合金的磁能积(BH)m衡量合金的性能。以Nd、Co、Zr和B的原子百分含量（at.%）作为试验因素，每种因素取6个水平。采用U18(64)均匀设计表来安排试验。试验 方案

7、和结果如下表所示。请建立纳米复相NdFeB系永磁合金磁 性能的回归模型，并给出磁能积(BH)m为91kJ/m3时的合金成分。,11/13/2019,13,11、用H2S水溶液模拟石化工业典型的湿硫化氢环境，以分析含硫介质环 境对16MnR钢焊缝区材料的应力腐蚀敏感性。水溶液由蒸馏水、NaCl、H2S、NaOH和HAc（醋酸）配成。在H2S水溶液中氯离子浓度和温度一 定的条件下，采用慢应变速率应力腐蚀试验重点探讨pH值（59）和H2S 浓度（2.610-10-molmL）对材料应力腐蚀程度的影响，每个因 素各分个水平。用应力腐蚀敏感性指数FA（注：取两试样试验结果的 平均值）作为指标，FA越高，

8、材料越易产生应力腐蚀。由均匀设计表 U 排成的试验方案见下表。试验结果也一并列入。试对应力腐蚀敏感 性指数FA进行回归。,试验号,11/13/2019,14,2,H S浓度/10-molml-,pH值,应力腐蚀敏感指数F(A),11/13/2019,15,、某摩擦材料由树脂、纤维I、纤维、摩擦性能调节剂和其 它填料经混料、烘干、压制和处理后制得。为了提高其摩擦性 能，重点考察树脂、纤维I、纤维和摩擦性能调节剂对性能的 影响，其考察范围（质量百分比）分别为，和l。考察主要指标是摩擦材料在、和六个使用温度下的摩擦因数最 大变化值（即个摩擦因数中的最大值与最小值之差）和下的摩擦因数，要求，。用拟水 平法进行四因素五水平的均匀设计，每个水平重复次，实际试验数为个。选择均匀设计表U*来安排实验。试验 方案及试验结果见下表。试利用多元线性回归和优化技术，结 合实验结果，分析优化配方及其可能的性能。,11/13/2019,16,谢谢！,11/13/2019,17,