基于中心复合实验设计的区间有限元方法

区间有限元方法是解决含不确定变量的实际工程问题最为有效的方法之一。对于区间有限元的算法中,区间扩张是其固有问题。区间顶点法能够得到区间线弹性的精确解。然而区间有限元顶点法的计算量大;同时对于实际工程问题,不能确定复杂结构响应在变量区间变化范围内是否为单调的问题。针对上述区间顶点法的两个主要缺点,提出了用中心复合实验设计来降低区间顶点法的计算量,同时检验结构响应函数是否单调,为了区间顶点法的运用提出了理论依据。数值算例表明文中提出方法的有效性以及可行性。

中心复合实验设计法在吸水膨胀高分子材料研究中的应用

采用中心复合实验设计法研究了吸水树脂、补强剂对(丁二烯/丙烯腈)共聚物体积膨胀率、硬度、拉伸强度和扯断伸长率的影响规律,并得出回归方程。结果表明,随着吸水树脂用量的增加,吸水膨胀高分子材料的体积膨胀率升高,而硬度、拉伸强度和扯断伸长率降低;高耐磨炭黑对吸水膨胀高分子材料具有补强作用。

基于多目标的SPFRAG车床床身结构优化设计

为探索提高机床综合性能的新途径,提出了采用钢-聚丙烯纤维增强人造花岗岩复合材料(steel-polypropylene fiber reinforced artificial granite,SPFRAG)代替铸铁制作机床床身的方案。以某车床床身为基础,运用中心复合实验设计法和Kriging插值法建立响应面模型,通过对各设计变量进行灵敏度分析确定权重占比;基于多目标遗传算法(multi-objective genetic algorithm,MOGA),以床身质量和一阶固有频率为约束条件、以最大总位移变形量和最大等效应力为优化目标,对复合材料床身结构进行了设计,并对优化后的床身结构经有限元软件进行动静态性能分析。结果表明:SPFRAG床身静、动态特性均优于铸铁床身,为复合材料床身结构设计提供了理论依据。

压力容器非概率可靠性设计方法

为解决压力容器概率可靠性设计分布函数难以确定的问题,采用区间理论,将有边界限制的压力容器筒体内径、应力及载荷等参数用区间变量来描述。通过泰勒级数展开、中心复合实验设计以及顶点法3种方法对压力容器进行非概率可靠性设计。结果表明:常规压力容器设计结果比较保守,采用非概率可靠性设计能够获得轻量化结果。由此,引入区间模型的压力容器可靠性设计,降低了对原始数据的要求,优化了设计结果。

大枣多糖脱蛋白方法的研究

以大枣多糖为对象,比较了多糖的多种脱蛋白方法。在实验比较的五种脱蛋白方法中,复合酶法效果最佳,用中心复合实验设计的方法,研究了不同工艺条件组合对多糖脱蛋白效果的影响,并得出脱蛋白效果最佳时的工艺条件为:蛋白酶浓度为5.3%、反应温度为55℃、反应时间为3.3h。

pH与氨氮对黄颡鱼幼鱼生长与肝脏超氧化物歧化酶的影响

为了解不同水体pH和氨氮组合对瓦氏黄颡鱼(Pelteobagrus vachelli)特定生长率(SGR),饲料效率(FE)和肝脏超氧化物歧化酶(SOD)活力的影响。实验采用中心复合设计与响应曲面法分析方法,利用瓦氏黄颡鱼幼鱼开展试验,养殖周期为7周。结果表明,水体氨氮对SGR,FE和肝脏SOD活力有显著影响;pH对SGR有显著影响。pH对SGR,FE和SOD活力存在显著的二次效应。氨氮浓度小于1.7 mg/L时对黄颡鱼生长无抑制作用;高氨氮与高pH环境对幼鱼的生长、饲料利用与肝脏SOD活力有明显的抑制作用。水体pH和氨氮水平分别为7.5和1 mg/L时,SGR、FE和SOD同时最优,分别为1.47%/d、1.71和97.9 U/(mg.prot),优化的可信度为0.836。建议在黄颡鱼养殖中,将pH与水体氨氮维持在7.0~8.0与0.1~1.7 mg/L内,从而保证黄颡鱼的正常生长与较强的抗氧化活性。

费-托合成蜡加氢裂化工艺条件的研究

通过单因素实验筛选影响费-托合成蜡加氢裂化深度的关键因素,在此基础上,采用中心复合实验设计考察各因素的单项、交互作用项以及平方项对费-托合成蜡加氢裂化转化率和中间馏分油(150～370℃)产率的影响,并调用MATLAB中的优化函数分析实验数据,确定最佳工艺条件。结果表明:在试验范围内,各因素对费-托合成蜡加氢裂化转化率影响从强到弱的顺序为:温度>液体空速>压力>氢蜡比;费-托合成蜡加氢裂化的转化率随温度升高、氢蜡比增加而增加,随压力增大、液体空速增加而减小;温度和压力的交互作用、液体空速和压力的交互作用对费-托合成蜡的裂化深度也有显著影响;确定的最佳工艺条件为温度377℃、压力5.0MPa、液体体积空速1.95h-1、氢蜡体积比820,在该条件下中间馏分油的产率达到66.3%。

选区激光熔化成形工艺参数对Fe20Cr5Al合金致密度和力学性能的影响

采用选区激光熔化(selective laser melting,SLM)成形技术进行3D打印,制备用于汽车尾气净化器载体的Fe20Cr5Al合金材料,采用响应曲面实验设计,系统研究打印参数(激光功率、扫描速度和扫描间距)与打印件致密度的关系,获得SLM成形参数与致密度的关系模型以及成形参数与力学性能的关系模型,并获得最佳的SLM成形工艺参数。结果表明,SLM工艺参数对打印件致密度的影响程度按从大到小依次为激光功率、扫描速度、扫描间距;最佳的SLM成形工艺参数为:激光功率314.8W、扫描速度1700mm/s、扫描间距0.06mm,在此工艺参数下相对密度的预测值为99.74%,这与SLM成形实验结果的平均误差仅为0.16%,模型具有较高的可靠性,在优化工艺参数下的平均实际相对密度达到99.58%,抗拉强度为616.44MPa,伸长率为1.513%。

主电路参数对MMC-HVDC电网直流短路故障电流综合影响分析

针对模块化多电平变换器的高压直流(MMC-HVDC)电网的结构复杂多样,难以构建直流短路故障电流的精确解析分析模型的问题,提出一种基于中心复合实验设计的分析方法用于定量分析和评价主电路参数对直流短路故障电流的综合影响。该方法通过中心复合实验设计,以尽可能少的直流短路电磁暂态仿真实验数据获得故障后6 ms内直流短路故障电流的多因子回归方程,从而对多因子的综合影响进行定量分析和评价。以四端直流电网为例,设计了分析直流电感、桥臂电感和中性线电感以及接地电阻4个主电路参数对直流短路故障电流影响的多因子仿真实验,利用统计学方法分析和评价了各因子对直流短路故障电流峰值的主要影响和交互作用的影响。分析结果表明:4类主电路参数中,直流电感对故障后6 ms内故障电流峰值的影响程度最强,中性线电感对故障后6 ms内桥臂故障电流峰值的影响程度最强,主电路参数间的交互作用可忽略不计。该分析结果为直流电网短路故障情况下故障电流抑制研究和多元件参数综合优化提供理论依据。

基于质量源于设计理念的丹参浓缩膏石硫工艺优化研究

目的基于质量源于设计理念优化了丹参川芎嗪注射液前处理过程中丹参浓缩膏的石硫工艺。方法使用鱼刺图法对丹参浓缩膏石硫工艺涉及的各个参数进行了初步风险评估,筛选出了9个潜在关键工艺参数(critical process parameter,CPP),即石灰乳质量分数、加石灰乳速度、搅拌速度、加石灰乳后搅拌时间、硫酸质量分数、加酸速度、加酸后搅拌时间、静置时间和静置温度。采用Plackett-Burman(PB)实验设计法对9个潜在CPP进行进一步筛选,确定了石灰乳质量分数、加石灰乳后搅拌时间、加酸后搅拌时间和静置时间为石硫工艺的CPP。采用中心复合实验设计法建立CPP和关键质量属性之间的偏最小二乘回归模型,根据石硫上清液中各指标需要达到的水平,通过计算获得基于概率的设计空间。结果推荐的石硫工艺操作空间为石灰乳质量分数12.0%～13.0%,加石灰乳后搅拌时间40～50 min,加酸后搅拌时间30～35 min,静置时间16～20 h。结论在设计空间内进行操作有助于提高石硫工艺中间体质量一致性,本研究对实际工业生产具有一定参考价值。

汽车前纵梁高强激光拼焊板成形工艺多目标优化

针对前纵梁高强激光拼焊板成形过程中出现的破裂和回弹变形量大的缺陷,对其成形过程建立了基于整件评估的破裂和回弹目标函数.以压边力、拉延筋阻力系数和凹模口圆角半径为优化变量,通过中心复合实验设计和模拟仿真,构建了反映优化目标和优化变量间关系的回归模型,并采用基于遗传算法的多目标优化技术对工艺参数进行自适应寻优,得到一组综合最优解.经有限元模拟验证和生产实践,结果表明:拉裂情况消除,回弹情况显著减小.

响应面法优化PLA-α-细辛脑纳米粒的制备工艺

目的使用响应面法优化聚乳酸(polylactic acid,PLA)-α-细辛脑纳米粒的工艺条件。方法利用Plackett-Burman实验设计对纳米粒制备过程中的各种自变量进行预筛选。筛选出的自变量通过中心复合实验设计法进一步优化工艺,以期得到具有理想粒径、载药量及包封率的纳米粒。结果最佳工艺处方如下:PLA浓度14.76 mg·mL^(-1),α-细辛脑药物浓度4.89 mg·mL^(-1),PVA浓度1%,油水比1∶2。制备的PLA-α-细辛脑纳米粒圆整、粒径均一,平均粒径265.4 nm,多分散系数为0.038,载药量12.40%,包封率55.86%,与预测值相对误差较小。结论响应面法能够有效地优化PLA-α-细辛脑纳米粒的制备,工艺稳定可行。

工业纯钛TA2非概率失效评定曲线研究

基于中心复合实验设计方法,对材料性能、裂纹尺寸、操作压力等不确定参数对失效评定曲线的影响水平作了定性分析;同时利用参数敏感性分析方法,对上述不确定性参数对失效评定曲线的影响进行了定量分析。结果表明,定性和定量分析具有一致性。基于EPRI工程计算方法,利用概率理论建立了TA2材料的概率失效评定曲线(Probabilistic Failure Assessment Curve,PFAC);利用区间分析理论,建立了TA2材料的非概率失效评定曲线(Non-probabilistic Failure Assessment Curve,NPFAC),对比PFAC和NPFAC发现利用NPFAC进行缺陷失效评定是有效可行的。

地衣芽孢杆菌1.934培养条件的优化

研究了生物肥功能菌——地衣芽胞杆菌1.934(Bacillus licheniformis)培养条件对菌体生长量的影响.采用了单因素实验和响应曲面法(RSM)设计实验和分析数据.获得了菌体摇瓶培养的最适条件:培养温度35℃,转速为150r/min,接种量为3.6%,pH为7.5.地衣芽孢杆菌在最适条件下培养约20h,淀粉酶的酶活最高,活力可达12.7U/mL培养液.培养约27h得到最大的菌体收益.