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

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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，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。

8.2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0.44m.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0.44m.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，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,HS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,