基于混合实验设计的MMA双组份标线涂料配方设计及其性能

考虑标线涂料配方各组分间的相互作用对标线性能的影响,采用混合实验设计(MED)方法,根据Design-expert v13.0软件给出的响应面分析结果,对MMA双组份标线涂料配方进行优化。通过红外光谱确认了MMA树脂固化后的化学结构,测定了固化剂BPO加入量对标线涂料的不粘胎干燥时间、铅笔硬度和色差(ΔE)的影响,结果表明,室温下BPO加入量1.5%时性能最佳。将配置涂料所用的树脂、颜料和两种填料的用量作为实验变量,以粘度、白度、粘结强度和紫外老化前后的色差作为性能响应指标,通过方差分析选择软件中的匹配模型并确定最佳的涂料配方。结果证实所选模型和实验测量值之间具有一致性,表明混合实验设计法是一种优化标线涂料配方的有效方法。

基于响应面法(RSM)的锻造预成形多目标优化设计

以航空发动机涡轮盘锻件为研究对象,应用响应面法(Response Surface Methodology,RSM)和有限元数值模拟(FEM)对锻造过程预成形设计的多目标优化问题进行了研究。首先以模具充填完整和提高锻件内变形均匀性为目标,建立了有限元数值模拟与响应面法相结合的二阶分析模型,并对优化结果进行了讨论。其次,在原优化设计的基础上以降低锻造过程的成形载荷为目标进行了预成形再设计。结果表明,应用响应面法可灵活有效的对难变形材料锻造预成形坯料形状进行多目标优化设计。

Box-Behnken响应面法优化羟基红花黄色素A纳米粒处方工艺及体外释放评价

目的优化羟基红花黄色素A(hydroxysafflor yellow A,HSYA)纳米粒制备工艺,并对其进行体外释放评价。方法以乳酸-羟基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolicacid),PLGA]为载体,利用改良的复乳法制备HSYA纳米粒,通过Plackett-Burman设计实验联用Box-Behnken响应面法优选最佳制备工艺;利用粒径测定仪、TEM扫描电镜仪、傅里叶红外光谱(FT-IR)仪、X-射线粉末衍射(XRD)仪对纳米粒进行表征;并对其进行4℃储藏稳定性、生理介质中稳定性、冻干保护剂及体外释放率考察。结果优选出纳米粒最佳工艺处方为:pH为6.95,投药量为2.8 mg,载体用量为18.2 mg;在此条件下制备出的纳米粒粒径为(176.4±1.29)nm,多分散系数(Polydiseperse Index,PDI)为(0.152±0.014),Zeta电位为(-17.6±0.46)mV,包封率为(78.5±0.49)%,载药量为(7.3±0.07)%,纳米粒形态圆整,分散性好;在4℃储存环境下、不同生理介质中稳定性良好,最佳冻干保护剂为1%葡萄糖;纳米粒48 h体外释放率为85%。结论该优化方法合理可靠,所得纳米粒稳定性良好,具有一定的缓释作用,体外释放符合一级动力学模型。

实验设计-响应面法优化大叶当归中阿魏酸的闪式提取工艺

目的优选大叶当归中阿魏酸的闪式提取工艺。方法采用Box-Behnken实验设计,结合响应面法,以阿魏酸得率为响应值,考察影响闪式提取的主要因素,并与传统的提取方法进行比较。结果闪式提取的最佳工艺为:用13倍(m/v)64%乙醇,提取时间100 s。在上述条件下,阿魏酸平均得率为0.029 2%,这一结果与模型预测值符合良好。结论闪式提取法提取得率高、操作简便,可用作大叶当归的开发利用。

基于实验设计和响应面模型的风扇转子气动优化设计

针对跨声速风扇动叶中掠、弯结合叶片基于控制点的B样条曲线对积叠线进行参数化,以掠、弯为设计自由度,应用实验设计、三维粘性流场求解、响应面模型及遗传算法对Rotor 67以近尖峰效率工况点为设计点对风扇转子进行了气动优化设计,得到了前掠与弯向旋转方向的复合设计叶片,其总压比有较明显提高。但由于优化是在单一工况点下进行的,其变工况性能不佳。

基于参数敏感性的拉伸夹具响应面优化

针对轻薄型复合材料的力学性能测试中,传统夹具普遍存在加持力不足、试件滑移等问题,创新性地提出了一种新型可定位双夹层拉伸夹具的设计。基于响应面法(RSM),对拉伸夹具的连接结构进行优化设计。分析结果表明:优化前拉伸夹具的最大等效应力位置在外夹固定块与外夹板间的连接结构处,且存在应力集中现象,而整体结构在最佳优化方案下,最大等效应力降低了17.2%,最大总变形减少了13.6%。通过仿真模拟代替实际试验,能够有效降低生产成本,对拉伸夹具的结构优化设计具有一定参考意义。

实验设计和响应面方法在油田开发方案设计中的应用

实验设计方法(DOE)是一种确定因果关系的设计方法,可以用于任何有可量度的输入和输出的过程,响应面法(RSM)是数学方法和统计方法结合的产物,是用来对所感兴趣的响应受多个变量影响的问题进行建模和分析的,其最终目的是优化该响应值。本文在油藏工程研究的基础上利用优化设计软件对影响油田开发经济效益的5个主要参数井距、采油速度、注采比、注水时机和原油价格进行了优化设计,在优化设计的基础上利用数值模拟和经济评价软件对设计出的25种参数组合进行了经济效益计算,并进一步利用响应面方法学回归出了财务净现值计算方程,经与数值模拟和经济评价软件计算的结果对比,方程的平均相对误差为1.21%,利用响应面三维图得到了不同采油速度和不同井距下对应的财务净现值,并得到了最佳的采油速度和井网密度。在油田开发设计中运用该方法可以克服传统方法无法确定因素间交互作用的局限性。

基于DoE实验设计的硝酸铈溶液雾化特性研究

为满足喷雾热分解法制备氧化铈颗粒需求,使用两相流空气辅助雾化喷嘴,对不同浓度的硝酸铈溶液雾化特性进行了实验研究,并使用响应曲面法对硝酸铈溶液喷雾的雾化颗粒度SMD实验数据进行了定量分析,得到了雾化颗粒度SMD与溶液物理性质及雾化环境参数之间的定量关系。本实验中溶液质量浓度为0.334~0.462、溶液体积流量为0.05 m^(3)/h和0.12 m^(3)/h、雾化空气压力为0.2~0.5 MPa。根据对获得的定量关系式分析可知,对硝酸铈溶液雾化颗粒度SMD影响最显著的因素是溶液浓度,其次是雾化空气压力,溶液体积流量对雾化颗粒度SMD的影响较小;雾化颗粒度均随雾化空气压力的升高而减小,雾化空气压力对粘性较小溶液的影响更加显著。

基于响应面法的风机过滤单元(FFU)离心叶轮优化设计

风机过滤单元(FFU)因负压密封、出风均匀、布置灵活和控制系统可靠等优点而成为洁净室末端使用最广泛的洁净装备,针对FFU运行效率高和能耗低的要求,对离心叶轮提出优化设计。首先对风机过滤单元(FFU)进行性能测试,得到FFU在不同转速情况下,体积风量随余压变化曲线。然后对FFU进行了CFD数值模拟,并将FFU模拟结果与测试结果进行对比,验证有限元模拟的可靠性。基于响应面实验设计方法,建立了以叶片数z、叶轮内径D1,叶片安装出口角β2a、叶片安装入口角β1a及叶片出口宽度b2为输入变量,以体积风量Q为响应变量的二次多项式拟合函数。以体积风量Q为优化目标,采用多岛遗传算法求解响应函数,得到离心叶轮结构的最优组合参数。结果表明:离心叶轮结构参数对FFU体积风量从大到小的影响顺序为:β2a>β2>z>β1a>D1;得到离心叶轮最优组合参数,优化后的离心叶轮结构参数使得FFU体积风量提高了11.4%。

基于Box-Behnken实验设计与响应面法优化禽流感疫苗生产工艺?

为优化基于MDCK细胞无血清悬浮培养生产禽流感病毒的工艺以提高禽流感病毒血凝素(HA)滴度,采用部分析因实验设计考察了病毒生产工艺中接毒时细胞密度、TPCK-胰酶浓度、培养温度、感染复数和病毒收获时间对病毒HA滴度的影响,确定了接毒时细胞密度、TPCK-胰酶浓度、和病毒收获时间作为影响病毒HA滴度的显著因子,并进一步采用3因素3水平的Box-Behnken实验设计和响应面法,对3个显著因子作用条件进行了优化,获得了最优的工艺条件。结果显示:当接毒时细胞密度为7.0×10~6 cells×m L^(-1)、TPCK-胰酶浓度为17 mg×L^(-1)、病毒收获时间为60 h时,病毒HA滴度最高可达10.85 log_2 HAU/25μL。以上研究结果为禽流感疫苗高效大规模工业化生产提供了有力的数据支持。

采煤机牵引机构的响应面法优化设计

基于曲线参数方程建立采煤机牵引机构的参数化模型,以采煤机牵引机构的有限元接触分析结果为依据,对影响采煤机牵引机构力学性能的控制参数进行实验设计,根据实验设计点更新参数化模型并进行有限元动力学分析,获得影响度较大的控制参数并建立控制参数和响应结果响应关系。基于控制样本参数构建牵引机构的响应面模型,采用MOGA算法对响应面模型进行寻优并实现对采煤机牵引机构的优化设计。经验证,优化后的牵引机构比未优化的牵引机构表现出更好的承载能力。

Plackett-Burman设计和响应面法在食品专业综合实验教学中的应用

为实现食品专业综合实验选题和内容点面结合、基础知识和专业知识有机结合,有效涵盖学科方向的典型试验操作与试验设计分析的目标,设计了课题"产乳酸菌细菌素基因工程菌发酵条件的优化",将近年来广泛应用于食品工艺条件优化等领域的理论优化方法 Plackett-Burman设计和响应面法应用到食品专业综合实验教学项目中,优化基因工程菌的发酵条件,以期得到最大量的可溶性融合蛋白。食品专业学生通过此项专业综合实验训练,可熟练掌握该优化方法,并可应用在食品工艺、质量控制、安全检测等需要条件优化的试验方案中。该项目可为食品专业相关实验教学改革提供参考与借鉴。

基于响应面实验设计的电泳工艺研究

利用响应面实验设计方法研究了电泳工艺对漆膜厚度与附着力的影响。首先,通过实验分析,确定电泳电压、时间和固体物质量分数为关键工艺参数,并利用中心复合实验方法设计了3因子工艺实验,研究了不同工艺组合对漆膜性能的影响。然后通过minitable软件分析测量所得漆膜厚度与附着力,得知其P值小于0.05,R^2值大于98%,证明拟合曲线有效,并得出了各因子与漆膜厚度、附着力的函数关系。拟合优化后得知,当固体物质量分数为21.9%、电压为283.4V、时间为279s时,所得漆膜的综合性能最佳,膜厚约26.45μm,附着力约6.12MPa。最后,通过实验确认,得知该工艺条件下的漆膜性能与理论值误差为2%左右,且经批量生产验证,该工艺条件下的漆膜质量稳定,综合性能较佳。

响应面法优化柴胡药渣中柴胡皂苷提取工艺

为确立微波提取柴胡药渣中柴胡皂苷的最佳工艺,采用响应面实验设计优化了提取过程中的工艺参数.基于单因素实验对工艺参数进行初步筛选,进一步的采用响应面实验建立二阶回归模型,优化了提取时间、提取温度、料液比和甲醇体积百分比4个工艺参数.结果发现:提取温度和提取时间的交互作用、提取温度和甲醇体积百分比的交互作用、提取温度和料液比的交互作用对皂苷提取率的影响较为显著;优化最佳工艺参数提取温度为68℃、料液比为1∶59 g/mL、提取时间为30 min、甲醇体积百分比为60%.在该工艺参数下柴胡皂苷提取率最大,达到5.14 mg/g.

基于响应面法的起重机小车架结构轻量化设计与研究

提出一种结合有限元仿真程序和响应面近似模型的联合优化方法,该方法将近似模型作为内循环,仿真程序更新作为外循环来构造优化循环。以某32t L型单梁门式起重机小车架为例,应用该方法从建立小车架的有限元模型出发,采用拉丁超立方实验设计方法产生样本数据点并仿真,利用灵敏度分析筛选出对结构响应(强度、刚度和质量)影响较大的11个设计变量,利用新的设计变量采用最小二乘法构建优化系统的三次多项式响应面近似模型;在此基础上,建立以小车架结构质量最轻为优化目标,强度和刚度为约束的优化数学模型,最后采用多岛遗传算法进行全局寻优。对小车架系统进行优化的结果表明,采用该方法能明显降低小车架的质量,从而减少材料的浪费。

基于响应面方法的转向梯形优化设计

在考虑悬架跳动时前束角变化的情况下,为实现对车辆转向运动学的最优化,以某小型皮卡车为研究对象,利用ADAMS/CAR软件建立前悬架和转向总成虚拟样机模型,进行转向和轮跳仿真实验。以内、外球头的空间坐标为优化变量,分别以阿克曼误差的均方根和前束角的变化范围为目标,运用DOE方法进行2次试验设计;根据实验结果分别对影响阿克曼误差和前束角的影响因素进行灵敏度分析,运用响应面方法（RSM）拟合出回归模型。利用MATLAB优化工具箱在约束前束角的情况下,对阿克曼误差进行优化,得到硬点的最优值。研究结果表明：在前束角的变化范围减少10%的前提下,转向机构在0°~25°常用转向角度,阿克曼误差减少51.27%。优化后的结果明显地改善了转向的运动学特性,并且避免了单独优化转向,对前束角造成的影响。

基于响应面法的微操作平台可靠性稳健设计

以一种新型微操作平台为对象,考虑其结构参数的随机波动,提出一种基于6σ稳健设计思想和响应面法的可靠性稳健优化设计思路。采用筛选实验设计方法确定设计变量,采用中心组合试验设计方法建立反映平台性能指标的响应面模型。基于该模型采用一次二阶矩法得到反映平台可靠性和稳健性的性能指标,即平台位移放大倍数、固有频率和可靠性灵敏度的概率分布及可靠度。基于6σ稳健设计思想建立以平台位移放大倍数、固有频率和可靠性灵敏度的稳健性为目标,平台可靠度为约束的可靠性稳健优化模型,采用序列二次规划法对平台进行优化。将稳健优化和确定性优化结果进行比较分析可知,平台位移放大倍数、固有频率和可靠性灵敏度的方差分别减小了40.9%、49.4%、33.6%,可靠度由61.36%提高到99.78%,实现了可靠性稳健优化的设计要求,说明了设计思路和理论模型的有效性。

气体二次喷射推力矢量控制的响应面优化设计

采用基于部分正交多项式的响应面法结合数值模拟试验对某实验发动机气体二次喷射推力矢量控制系统进行优化设计,结果表明:这种优化方法可以减少为得到近似函数式而对主/次流干扰流场进行计算的次数,节省计算时间,能方便地对气体二次喷射系统各个参数进行优化与分析.

基于模拟退火算法与响应面模型的三维气动优化设计方法

提出了一套适用于高耗时三维气动设计问题的优化设计体系。其主要思想是采用改进拉丁超立方体试验设计选取样本点,应用自行开发的三维粘性流场求解程序进行流场计算建立数据库,采用二次响应面方法建立近似模型,再应用高效模拟退火算法进行全局寻优。以NASA rotor67为对象,在详细进行流场计算基础上采用所提出的优化体系对其进行了三维积叠优化设计。在对流量、效率加以严格约束的条件下,总压比可提高1.8%,对流场结构进行了分析。优化结果表明本优化方法省时,适于三维气动设计的特点。

基于响应面法的抑尘剂组分配比优选模型

为解决抑尘剂多功能组分优选过程中存在的非线性问题,提出基于响应面法(RSM)的抑尘剂配比优化模型,在分析影响因素与响应值、各影响因素之间的交互作用特征的基础上,通过分析响应面的变化特征获得抑尘剂的最优配比。采用星点设计法,以润湿、保湿、黏结组分的体积分数为自变量,以粉尘沉降时间、失水率和风蚀率为因变量,在室内试验数据的基础上,开展多元线性方程拟合和方差分析,获得最优配比的预测结果,并进行试验验证。研究结果表明:星点设计—RSM模型的预测值与试验值偏差小于6.0%,优选组相比对照组(水)而言,粉尘沉降时间缩短23倍,失水率和风蚀率分别降低3.00%和2.64%,说明优选组具有优良的润湿、保湿和黏结性能,证明所构建的优化模型对抑尘剂多组分非线性优化问题具有良好的预测性能。