基于响应面分析下中草药移栽机的优化设计

通过响应面分析法对中草药移栽机进行优化设计,以提高中草药种植效率和质量。首先,选取移栽速度、移栽深度和移栽器械倾角3个因素作为设计变量,选取移栽成功率和移栽损伤率作为评价指标;在此基础上,设计了一个采用多种传感器组合的控制系统,采用模糊控制算法进行控制,并通过试验得到的数据进行响应面分析,得出了最优设计方案。研究结果表明:最优移栽速度为0.2 m/s,最优移栽深度为15 cm,最优移栽器械倾角为25°;通过优化设计,中草药移栽机的移栽成功率提高了11.8%,移栽损伤率降低了9.6%,取得了较好的效果。

响应面法优化澳洲坚果真空油炸工艺及品质分析

以澳洲坚果果仁为原料,制备真空油炸产品。采用单因素实验和响应面Box-Behnken试验进行真空油炸工艺优化;以原料果仁为对照,测定真空油炸果仁含油率、酸价、过氧化值、色差与感官品质指标。结果表明:冷冻温度、真空油炸温度、真空油炸时间和真空度对澳洲坚果果仁的口感和风味品质影响差异极显著(P<0.01),澳洲坚果果仁真空油炸最佳工艺条件:冷冻温度−24℃、真空油炸温度113℃、真空油炸时间58 min、真空度−0.095 MPa,在该工艺条件下制得的澳洲坚果果仁香味浓郁、口感酥松,感官评分为95.90分,酸价、过氧化值分别为0.23 mg/g、0.14 g/100 g,在低水平范围内,符合LY/T 1963-2018的标准要求。因此,真空油炸工艺极显著提高了澳洲坚果果仁的品质。

响应面法优化长柄扁桃肽的酶解制备工艺

为高值化开发长柄扁桃种仁蛋白,以长柄扁桃种仁为原料,脱脂后提取水溶性蛋白,采用蛋白酶对其酶解制备长柄扁桃肽。通过比较5种蛋白酶对长柄扁桃水溶性蛋白水解度及酶解产物抗氧化活性的影响,优选合适的酶解用酶,在此基础上,采用单因素实验和响应面实验优化了长柄扁桃多肽的制备工艺。结果表明:采用碱性蛋白酶酶解可以得到更高的长柄扁桃蛋白水解度(16.03%)和酶解产物DPPH自由基清除率(59.49%),更适于长柄扁桃蛋白的酶解;长柄扁桃蛋白的最优酶解工艺条件为酶解温度57℃、酶解时间4 h、碱性蛋白酶用量1 192 U/g、pH 8.4,在此条件下长柄扁桃蛋白水解度为18.12%。酶解长柄扁桃蛋白制备多肽可提高长柄扁桃种仁的附加值,同时可为功能性肽产品提供优质原料。

模糊数学综合评价结合响应面法优化竹笋汁饮品发酵工艺

该研究以清水竹笋罐头生产过程中产生的清水为原料,以发酵乳杆菌(Lactobacillus fermentium)与红茶菌为菌种复合发酵制备竹笋汁饮品。利用单因素试验、模糊数学综合评价结合响应面法对其发酵工艺进行优化,并对其理化指标、微生物指标及抗氧化性进行检测分析。结果表明,竹笋汁饮品的最佳发酵工艺为:红茶菌添加量6%、发酵温度25℃、发酵时间2.5 d。在此优化条件下,竹笋汁饮品的色泽均匀,呈浅黄色的基底液,其感官评分为85.24分,固形物含量为6.13 g/L,pH为3.38,总糖含量为0.16 g/L,总酸含量为41.33 g/L,总酚含量为7.74 mg/L,总黄酮含量为0.066 mg/m L;益生菌活菌数为3.5×107CFU/g,大肠菌群、沙门氏菌及霉菌未检出,说明其理化指标及微生物指标均符合T/CASME 435—2023《益生菌发酵植物饮料》。竹笋汁饮品对1,1-二苯基-2-苦基肼(DPPH)自由基清除率为64.03%,羟自由基(·OH)清除率为46.62%,说明其具有一定的抗氧化能力。

基于响应面法的血管支架拉伸、扭转性能优化及考虑加工精度影响的强度可靠性分析

为分析设计变量对血管支架拉伸性能、扭转性能的精准影响,进行血管支架拉伸性能、扭转性能优化,考虑加工精度的影响,进行血管支架的强度可靠性分析。方法:取血管支架支撑筋宽度、支撑筋长度、连接筋宽度和支架厚度为设计变量,应用斯皮尔曼等级相关系数法分析设计变量对血管支架拉伸刚度、扭转刚度等响应变量的精准影响;采用响应面方法进行以拉伸刚度、扭转刚度为目标进行血管支架的优化设计;对优化后的血管支架,考虑加工精度所致设计变量的随机性,利用六西格玛工具分析应力的概率分布。结果:对于血管支架拉伸刚度,支撑筋宽度和连接筋宽度灵敏度系数大,且均为正值;对于血管支架扭转刚度,支撑筋宽度灵敏度系数较大,且为负值;优化后的血管支架相比原始血管支架,拉伸刚度降低了11.5%;扭转刚度减小了50.6%;考虑加工精度所致设计变量的随机性进行可靠性分析,在可靠度为99.8%时,虽然血管支架的拉伸刚度和扭转刚度最大值高于优化值,但血管支架的最大应力满足强度条件。结论:支撑筋宽度对血管支架的拉伸性能影响最大,连接筋宽度次之,支撑筋长度和支架厚度影响较小;支撑筋宽度对血管支架的扭转性能影响最大,连接筋宽度、支撑筋长度和支架厚度影响较小;随机因素加工精度对血管支架优化目标有一定的影响,但优化结果仍是可靠的。本文提供了一种血管支架优化的思路:首先是进行基于目标的优化,然后考虑随机因素的影响进行基于概率的强度可靠性分析。

响应面法计算结构可靠度的回顾

体系可靠度已经成为可靠度研究的重点,由于其功能函数大都为隐式功能函数,响应面法已成为计算可靠指标的主要方法,响应面法主要分为迭代序列响应面、混合响应面、神经网络响应面、模糊神经网络响应面,就最近几年响应面法的理论发展和工程运用作一总结。

响应面法优化有机溶剂提取虾青素的工艺研究

为确定有机溶剂提取虾青素的最佳条件,本研究选用破壁后的雨生红球藻,提取选用有机溶剂,以物料比、皂化液浓度、皂化时间、虾青素提取时间为指标,采用单因素和响应面法优化实验条件。结果表明,最佳工艺参数为:提取溶剂为乙酸乙酯-乙醇(1∶1)、料液比为1∶288(g∶mL)、皂化液浓度为0.05mol·L^(-1)、皂化时间为12h,虾青素平均提取率为3.32%。采用响应面法优化有机溶剂提取虾青素的工艺具有可行性,且提取的虾青素纯度较高,杂质少,可用于虾青素的提取。

基于响应面法的矿用翅片管空冷器参数优化

矿用空冷器是矿井降温系统常用的末端设备,优化矿用空冷器换热性能对提升矿井降温系统能效具有重要意义。采用Fluent建立了平直翅片管矿用空冷器模型,研究了翅片间距、翅片厚度、横向管间距和纵向管间距对传热因子、阻力因子和综合性能评价指标的影响规律;采用Box-Behnken响应面法,分析了双参数协同作用下传热因子、阻力因子和综合性能评价指标变化规律。结果表明:随着翅片间距、横向管间距的减小,以及翅片厚度增加,传热因子、阻力因子和综合性能评价指标逐渐增加;综合性能评价指标则随纵向管间距的增加而先增加后降低;横向管间距、翅片厚度是影响空冷器传热及流动性能最显著的两个参数,而翅片间距、纵向管间距的影响最小;得到了平直翅片管矿用空冷器的最优参数,传热因子提升16.3%、阻力因子增加26.3%、综合性能评价指标提升8.3%。研究结果可为矿用翅片空冷器设计参数优化提供指导。

基于响应面法的半柔性路面材料低温性能研究

为提高半柔性路面材料(SFPM)低温抗裂性能,采用橡胶粉与硅烷偶联剂对水泥砂浆进行改性,制备复合半柔性路面材料(R&S-SFPM)。基于响应面分析法以劈裂抗拉强度、抗弯拉强度、最大弯拉应变、弯曲蠕变速率以及平均线收缩系数作为评价指标分析胶粉目数、掺量及硅烷偶联剂用量对SFPM低温性能的影响,并确定了可获得最优低温性能表现的R&S-SFPM掺配比例。结果表明:橡胶粉可提高SFPM的应力松弛能力,使其具有更好的柔韧性;硅烷偶联剂可提高SFPM力学强度。此外,橡胶粉及硅烷偶联剂掺量、胶粉目数均对SFPM低温性能改善效果有较大影响。当胶粉目数为60目、掺量为14%,硅烷偶联剂用量为0.72%时,R&S-SFPM综合低温效果最佳;与普通半柔性路面材料(O-SFPM)相比,R&S-SFPM的劈裂抗拉强度、抗弯拉强度、最大弯拉应变以及弯曲蠕变速率分别提高23.7%、7.6%、29.9%和15.2%。

响应面优化超声波微波协同提取猕猴桃茎黄酮工艺及抗氧化活性分析

为提高软枣猕猴桃树体资源利用率,以野生软枣猕猴桃茎为实验原料,并使用超声波微波协同提取猕猴桃茎总黄酮,采用Plackett-Burman试验设计,评价影响茎黄酮提取效率的超声功率、超声时间等7个因素,并筛选出其中3个显著影响因素:料液比、超声温度、微波时间.在此基础上,进一步采用Box-Benhnken最陡爬坡路径方法及响应面设计优化出3个显著影响因素的最佳参数水平.结果显示:料液比45 mL/g、超声温度55℃、微波时间5.5 min,此条件作用下,黄酮类化合物提取率可达9.25%.在测定的质量浓度中,软枣猕猴桃茎黄酮对DPPH、羟基的清除能力优于VC,而对超氧阴离子的清除差于VC,但对三种自由基均有一定清除能力.以上结果表明,软枣猕猴桃茎黄酮提取物具有良好的抗氧化活性.

响应面法优化三孢布拉氏霉菌发酵产番茄红素工艺

番茄红素除了呈现鲜艳的颜色外,还具有比较强的抗氧化等功能性作用,因而广泛应用于食品、饮料等行业,与化学合成法相比,微生物发酵法生产的番茄红素因为安全性更易于被消费者接受,因此提高天然番茄红素产量意义重大。文章以三孢布拉氏霉菌为发酵菌种,通过响应面法对发酵培养基的组成及发酵条件进行优化,从而提高番茄红素的产量与纯度。经过单因素分析和响应面优化后的培养基组成及培养条件为玉米粉20 g/L、黄豆粉25 g/L、磷酸二氢钾0.6 g/L、硫酸镁0.9 g/L、玉米油12 g/L、发酵液初始pH 6.5、接种量6%、装液量40 mL/250 mL、正菌和负菌接种比例1∶15、培养温度26℃、转速180 r/min、振荡培养144 h,在42 h时加入0.4 g/L的2-氨基-6-甲基吡啶作为环化酶阻断剂,在此条件下番茄红素的产量为626.25 mg/L,比优化前提高了25.6%,该研究结果可为番茄红素工业化生产提供参考,有助于更好地应用于肉品、饮料、保健品等行业。

响应面法优化南瓜风味发酵乳酸菌饮料的研制

为了研制出一款风味独特兼具营养的南瓜风味发酵酸乳饮料,本研究以自制南瓜发酵酸乳为原料,通过单因素实验和响应面试验设计,以感官评分为评价指标,确定了南瓜风味发酵乳酸菌饮料的最佳配方为:水料和酸奶体积比为4,柠檬酸添加量0.12%,糖添加量为8%。以《食品安全国家标准食品酸度的测定》(GB5009.239—2016)以及《含乳饮料》(GB/T21732—2008)为标准,测定南瓜风味发酵乳酸菌饮料的酸度为45°T,乳蛋白含量为0.71g/100g,乳酸菌活菌数为2.8×10^(6)CFU/g。以上所述,均符合国家标准。该南瓜风味发酵乳酸菌饮料口感较好,味道醇厚,有较多的乳酸菌含量,具有较好的市场开发前景。

基于响应面法的60MN压剪试验机上横梁优化设计

针对压剪试验机大承载、小变形与轻量化的要求,结合有限元分析运用响应面法对60MN压剪试验机上横梁进行优化设计。首先运用拉丁超立方抽样法生成试验设计样本点,并根据设计结果采用多种拟合方法拟合并对精度校验,发现克里金(Kriging)法能够精确地与拉丁超立法实验设计法生成的实验点匹配,而且拟合的响应面模型高效且精准;然后以上横梁应力、质量、变形为优化目标,运用多目标遗传算法进行优化设计得出最优解,并通过灵敏度分析对优化后的结果进行修正,使其更具有工程应用价值。经校验优化后的结构比原始结构减重11.8%,优化效果显著,节省了生产成本,对压剪试验机的结构优化设计有重要的实际意义,同时也为其它类似结构件的优化分析提供参考。

基于灵敏度分析与响应面模型的机床主轴箱优化设计

针对机床主轴箱结构优化设计中模型复杂及计算量大的问题,提出一种将灵敏度分析与响应面模型相结合的优化办法。以箱体壁厚和筋板尺寸为输入参数,主轴箱质量、最大变形、最大应力、1阶固有频率作为目标参数进行灵敏度分析,筛选出6个关键尺寸作为优化参数;采用最佳填充空间设计法和Kriging函数法构建主轴箱响应面模型,通过多目标遗传算法对响应面模型进行求解计算。最后对优化后的主轴箱进行有限元分析来验证求解的准确性,优化后的主轴箱质量减轻了13.58%。

基于响应面法的Ni60/WC涂层表面织构皮秒分束工艺参数预测研究

目的实现六分束激光在Ni60/WC涂层表面烧蚀目标织构激光加工工艺参数的精确选择。方法基于CCD响应面法,设计在不同的激光工艺参数下对Ni60/WC涂层表面进行织构烧蚀试验,以激光频率、扫描次数、扫描速度为影响因素,以圆凹坑织构直径、深度及由其直径和深度综合加权所得的综合目标为响应目标,建立目标织构所需激光工艺参数的预测模型,以织构直径、深度及综合目标作为优化条件,对预测模型进行实验验证。结果扫描次数对织构直径的影响最显著,单个脉冲光斑上所聚集的能量大小是影响织构直径误差的关键因素。对织构深度影响最显著为扫描次数和频率,织构深度与扫描次数、频率呈正相关,不同因素间的交互作用是影响织构加工结果的关键。通过对预测模型所优选的参数进行实验验证发现,以织构直径和深度、综合目标建立的预测模型优选工艺参数所加工圆凹坑织构的质量评价指标与其预测指标的误差率分别为19.37%、3.57%。功率为6 W时,六分束激光加工最优工艺参数为速度5500 mm/s、频率400 kHz、扫描2次。结论通过综合目标建立的Ni60/WC涂层表面圆凹坑织构六分束激光加工参数优选预测模型精确程度较高,能够实现Ni60/WC涂层表面加工所需织构激光参数的准确预测,为涂层表面织构加工激光参数精确选择提供了理论依据。

基于模糊数学评定与响应面法优化酸黄瓜工艺研究

传统腌渍黄瓜由于含盐量高、配方不科学等不利于人体健康,因此,文章以模糊感官评分为考察指标,通过单因素试验探究不同工艺条件对酸黄瓜感官指标的影响,最后应用响应面法确定酸黄瓜的最优加工工艺,研制了一款与传统风味接近的低盐腌渍酸黄瓜。结果表明,在糖添加量25.8%、食盐添加量3.8%、米醋添加量30.5%的条件下制得的酸黄瓜外部翠绿,硬度、脆度良好,口感、滋味俱佳,且最佳工艺下制得的酸黄瓜各项理化指标和微生物指标均符合国家标准,该研究有利于助推黄瓜的深加工并促进我国传统蔬菜产业的转型升级。

响应面法优化两面针中三种生物碱的回流提取工艺

以两面针为试材,采用响应面法,研究了回流提取时间、提取溶剂浓度和料液比对氯化两面针碱、白屈菜红碱和血根碱提取得率的影响,以期获得两面针中3种生物碱的最佳回流提取工艺,为深入开发利用两面针中的生物碱提供参考依据。结果表明:3种生物碱的最优回流提取条件为提取时间2.4 h·次^(-1)(重复提取2次)、提取溶剂67%乙醇、料液比1∶20 g·mL^(-1),此时氯化两面针碱、白屈菜红碱和血根碱的得率分别为0.381%、0.560%、0.058%。该结果与响应面法预测值接近,说明该研究拟合的3种生物碱响应面回归模型可靠。优化后氯化两面针碱、白屈菜红碱和血根碱的得率分别提高了14%、95%、23%,优化工艺提取效率高,可用于两面针中3种生物碱的制备。

结合蜉蝣算法和响应面的结构静力损伤识别

提出了一种结合蜉蝣智能搜索算法和静位移响应面的结构损伤识别方法.首先构造了基于灵敏度的静力损伤识别方程残差和位移残差指标的正则化优化目标函数,然后采用人工智能领域的蜉蝣算法来识别结构单元级别的损伤.在优化过程中,为了解决静力加载点和位移测点不一致的问题,利用模型凝聚和位移扩展方法重新构建了损伤识别方程.同时,利用静位移响应面计算目标函数中的位移残差,避免了耗时的有限元计算,提高了优化效率.简支梁的数值算例结果表明,本文方法在寻优速度和精度方面均优于传统的粒子群法和差分进化算法;与单独基于静力损伤识别方程残差或位移残差指标的方法相比,识别损伤更为准确.铝合金悬臂梁损伤识别的静载实验进一步验证了本文方法的高效率和有效性.

基于响应面法的埋地管道外腐蚀速率预测模型研究

埋地输油管道外腐蚀速率的影响因素非常复杂,且各影响因素之间相互影响,很难对管道的腐蚀速率进行准确预测。而响应面分析法能够对各影响因素之间的交互作用进行分析,为此,考虑埋地输油管道外围土壤中pH值、Cl^(-)浓度、NO_(3)^(-)浓度和SO_(4)^(2-)浓度4种影响因素,利用响应面法设计试验并建立土壤环境下的管道腐蚀速率预测模型,并对模型进行回归和方差分析,评估其有效性和准确性。将建立好的响应面法预测模型与线性回归、PSO-BP预测模型进行对比,结果表明:基于响应面法的预测模型失拟项差异不显著,而模型本身通过了显著性检验,说明模型可信;与其他2种模型相比,响应面法的决定系数R^(2)为0.9418,决定系数最大,其平均绝对误差、平均相对误差和均方根误差最小,分别为0.0205、4.53%和0.0277,验证了响应面法预测模型预测的准确性,可以较为准确地评估管道外腐蚀速率,为管道的保护措施和维护计划的制定提供可靠的依据。

基于响应面法的过轴式旋流器分离性能优化

为解决旋流器在井下狭小空间内的适用性问题,提出一种新型过轴式旋流器,通过响应面法对构建的旋流器结构参数与分离效率间的数学关系模型进行结构优化。采用数值模拟方法,对优化前后旋流器在不同处理量与含水率条件下旋流器内流场特性及分离效率的对比情况开展研究。结果表明:优化后模型效率均优于优化前,优化后模型处理量在2—6.5 m^(3)/h变化,处理量为6.5 m^(3)/h时分离性能最佳,分离效率由60.30%增至97.10%;含水率在92%—99%变化,含水率99%时分离性能最佳,分离效率由93.15%增至99.72%。采用数值模拟与实验相结合的方法,对优化后旋流器在不同分流比条件下分离效率开展研究,数值模拟与实验结果呈现出较好的一致性,验证结构优化的可行性及数值模拟结果的准确性。