基于Design-Expert的电链锯锯齿结构参数优化

为提高电链锯的锯切效率,对电链锯锯齿的齿形结构参数进行研究,以单位锯切功为电链锯锯切效率的衡量指标,通过对电链锯锯切过程的仿真研究,得出不同结构锯齿的单位锯切功。以电链锯锯齿中的外形前角、侧刃楔角和顶刃楔角等结构参数作为影响因子,采用Box-Benhnken中心组合试验方法设计多因素正交试验,使用Design-expert软件进行数据分析得出最优齿形结构参数组合。研究结果表明,所选取的齿形结构参数对单位锯切功影响程度由大到小顺序依次为外形前角、侧刃楔角、顶刃楔角,并获得最优齿形结构参数组合,外形前角为10.92°、侧刃楔角为45.7°、顶刃楔角为45.41°。

基于Design-Expert的碱激发粉煤灰建筑外墙腻子配合比优化试验研究

为了拓展工业固体废弃物粉煤灰的回收利用途径,减少对环境造成的污染,增加其在筑材料中回收利用率。在建筑外墙腻子中加入碱性激发剂(Ca(OH)_(2)、Na_(2)SiO_(3))、粉煤灰,研究碱性激发剂的激发效果。同时通过Design-Expert设计试验,分析主要组分对腻子漆膜粘结强度、吸水量的影响。结果表明:加入碱性激发剂5%,粉煤灰32.5%时,吸水量减少14%,粘结强度增加43%。乳胶粉对吸水量、粘结强度的影响非常显著(P<0.0001),其次是粉煤灰的加入量。通过加入碱性激发剂、提高乳胶粉占比,粉煤灰掺量能达到32%~65%,原配比中水泥的掺量相对减少0%~16%。

基于ANSYS和Design-Expert的农用挖掘机斗杆机构优化设计

JKW-20山地农用挖掘机斗杆机构存在设计冗余,在保证安全可靠的前提下,为解决斗杆机构材料冗余问题,实现轻量化改进,建立了农用挖掘机挖掘装置斗杆机构耦合模型,通过ANSYS软件静力学仿真及拓扑优化,确定了斗杆机构拓扑优化新结构。由于拓扑优化结构不符合实际生产要求,基于优化结果设计斗杆变量,确定优化目标函数,利用Design-Expert进行斗杆机构尺寸优化求解。由优化结果对比可知:运用Design-Expert优化后的斗杆结构相对原结构具备更轻的质量和更大的强度,该方法不仅节约了JKW-20山地农用挖掘机的生产成本,还可为类似的机构设计提供优化思路。

基于Design-expert的醋酸纤维/煤基分级多孔炭制备优化

当前煤层气利用的主要方式是直接燃烧,该过程会产生大量温室气体(CO_(2))排放,且会造成稀缺资源的低附加值利用。为实现煤层气的高附加值利用,拟通过在煤中原位添加醋酸纤维和KOH活化的方法制备一种醋酸纤维/煤基分级多孔炭材料,并将其应用于煤层气直接裂解制氢,不仅可以获得高纯氢气,还能得到一定数量的纳米碳材料。醋酸纤维/煤基分级多孔炭在制备过程中需要考虑温度、碱碳质量比、溶剂量和其他碳源添加量对制备过程和转化率的影响,利用Design-expert软件对试验方案进行优化设计。通过响应曲面法和部分试验数据对各影响因素与转化率的关系进行分析,建立相应拟合回归方程,得出理论最优解。通过将最优解与试验结果进行对比分析,验证Design-expert软件在多因素多水平条件下的预测可靠性,同时也阐明最优条件下炭材料催化裂解煤层气的机理。结果表明,温度和碱碳质量比是醋酸纤维/煤基分级多孔炭制备过程的最大影响因素,建立相关因素与转化率之间的拟合回归方程并求出理论最优解。理论最优解与试验值之间的最大误差为3.05%,说明Design-expert软件对制备过程的优化准确可靠。醋酸纤维/煤基分级多孔炭催化裂解煤层气较原煤炭材料具有高的转化率和稳定性,前者反应后表面生成大量碳球,而后者表面则生成少量碳纤维和大量碳球。

基于Design-Expert的UHPC强度及收缩率计算模型研究

为实现关键配比参数调整下超高性能混凝土(UHPC)的性能指标控制并得到各性能之间的相互影响规律,利用软件Design-Expert分析了UHPC的主要性能影响因素,基于主要因素对鮑罗米(Bolomy)公式进行了修正,建立了关于UHPC抗压强度、收缩率的计算模型。结果表明:对UHPC抗压强度、收缩率影响较大的三个配比因素分别为水胶比、胶砂比、粉煤灰掺量;基于主要影响因素,利用Design-Expert对UHPC配合比进行了优化,得到了抗压强度≥176 MPa,且收缩率≤320μm·m-1的UHPC试件;通过主要影响因素构建了Bolomy抗压强度及收缩率计算模型,并由计算数据与实验数据对比分析可知,修正后的Bolomy计算模型,可准确反映出抗压强度及收缩率与各主要影响因素之间的关系。

参梅含片成型工艺研究

目的:优选参梅含片的成型工艺。方法:采用单因素试验确定辅料种类。采用Design-Expert响应面法,以口感、崩解时限为评价指标,确定主要辅料的用量。结果:得到参梅含片的最优处方为参梅浸膏100 g,乳糖300 g,微晶纤维素100 g,甜菊糖苷4 g。结论:试验所得参梅含片的制备工艺合理、可行。

采用Design-Expert软件优化高频气力分选机风量配合设计

采用Design-Expert 7.1.3软件对高频气力分选机的3个风量进行试验方案设计和结果分析。结果表明:在其他操作条件一定的前提下,3个风量对分选效率的影响均为显著;采用Design-Expert 7.1.3软件对3个风量进行正交试验设计,可以有效分析3个风量对高频气力分选机分选效率的影响,并通过试验结果分析建立数学模型,最终得到满足试验要求的风量配合比,最优风量配合比为55∶60∶80。

基于Design-Expert软件设计优化大蒜多糖提取工艺

主要研究大蒜多糖提取的4种影响因素及其交互作用对大蒜多糖提取率的影响,借助于Design-Expert软件设计,优化大蒜多糖提取工艺条件,以期为开发利用大蒜多糖提供参考。采用水煮醇沉法提取大蒜多糖,以苯酚-硫酸法检测其含量,分别考察浸提时间、料液比、浸提温度及浸提次数对大蒜多糖得率的影响。在单因素试验的基础上,利用Design-Expert软件进行四因素三水平Box-Behnken试验设计,建立了大蒜多糖提取率和各因素之间的数学模型。结果表明,提取温度、液料比、提取时间和提取次数的一次项,个别交互项及其二次项对大蒜多糖得率的影响显著,而液料比与提取时间,液料比与提取次数的交互项作用不明显。大蒜多糖提取最优条件最终确定为:提取温度81℃,液料比14∶1(m L/g),提取时间84 min,提取次数2次。

Design-Expert在磨矿试验设计及参数优化中的应用

为了在较小的试验工作量情况下取得可信度高的磨机利用系数与介质充填率、料球比和磨矿时间关系的数学模型,采用Design-Expert 8.0软件对磨矿试验方案进行设计,并对试验结果进行模型拟合和试验验证。结果表明:单因素对磨机利用系数影响的强弱顺序为料球比>介质充填率>磨矿时间,交互作用对磨机利用系数影响的强弱顺序为介质充填率与料球比>料球比与磨矿时间>介质充填率与磨矿时间。在介质充填率取35.79%、料球比取1.12、磨矿时间取42.09 min情况下,磨机利用系数取得最大值,预测值达0.298 t/(m3·h)。Design-Expert 8.0软件推荐的几组优秀参数组合所对应的磨机利用系数预测值与验证试验结果非常接近,说明Design-Expert 8.0软件可以快速、高效、准确地对磨矿试验方案进行设计和参数优化。

响应面法优化高酰基结冷胶—魔芋胶—羧甲基纤维素复配3D打印凝胶的配方

【目的】构建多元化的复配凝胶体系,以丰富3D打印原料的种类。【方法】采用单因素和响应面试验对高酰基结冷胶(high acyl gellan gum,HAGG)、魔芋胶(konjac gum,KG)和羧甲基纤维素(carboxymethyl cel-lulose,CMC)3种凝胶材料进行复配,通过测定黏度、色差和流动性,并结合感官评价等方法,优化凝胶体系的配方,系统分析凝胶体系的特性和3D打印效果。【结果】复配3D打印凝胶体系的最佳配方为:以50 g去离子水为基质,按质量分数添加HAGG 1.5%、KG 1.5%和CMC 0.4%,此配方条件下获得3D打印产品的色差值L^(*)、a^(*)和b^(*)分别为70.69、−131.00和352.31,黏度为56873.00 mPa·s,流动性为0.98 mm/min,感官评分为94.00,打印效果最好,获得的样品在室温下可长时间保持稳定的形状。【结论】HAGG-KG-CMC复配凝胶的各成分之间具有良好的协同效应。研究获得了一种可用于3D打印的凝胶体系配方,为3D打印食品原料的开发及食品凝胶类产品的新应用提供了理论依据。

基于design-expert软件设计优化动物双歧杆菌培养条件工艺

主要研究培养条件对动物双歧杆菌活菌数的影响,design-expert软件辅助优化设计,以期更好的为双歧杆菌的研究提供基础数据及满足工业化生产需要。采用改良的玉米糖化液为培养基,以活菌数为响应值,选取不同的玉米糖化液浓度、培养温度、接种量和初始p H,借助design-expert软件建立四因素三水平的试验,得到响应值与各因素之间交互作用的数学模型。结果表明:接种量与培养温度一次项显著,4个因素的二次项及玉米糖化液浓度与接种量的交互项显著,其他项不显著。动物双歧杆菌的最佳培养条件分别为:接种量7.4%,玉米糖化液浓度12.0°Bx,初始p H6.5,培养温度37.4℃。

采用Design-Expert设计进行低温压制饼新型混合溶剂提油研究

利用新型混合溶剂对低温压制饼粕提油工艺进行研究,通过Design-Expert 7.0软件的Box-Behnken响应面设计研究各试验因素对提取饼粕油脂的影响。试验建立了残油率与试验影响因素之间的定量关系模型,给出了残油率的残差分布以及不同操作变量之间的残油率等值线和响应面的三维图。利用Design-Expert 7.0对试验条件进行了优化,获得了2.7%最低残油率的操作指标。

基于Design-expert软件的汽车挡泥板多目标优化

为了解决板料成形中起皱和拉裂的问题,以某汽车挡泥板为研究对象,基于Design-exper软件,建立了摩擦系数、压边力、拉延筋阻力系数与板料拉裂、起皱之间关系的数学模型。并利用该软件进行了多目标优化,得到了最佳的参数组合:摩擦系数为0.13,压边力为350 k N,拉延筋阻力系数为35%。通过有限元模拟和生产实践验证,证明了该方法的可行的。

磁场对重介质旋流器分选精度的影响

为了研究径向向内磁场力对旋流器分选精度的影响,构建了实验室磁力调控型重介质旋流器分选系统,通过进行重介质旋流器分选单因素试验,发现增加电流强度和线圈匝数,可以有效地提高重介质旋流器分选精度,降低分选密度。以可能偏差Ep作为正交试验响应值,应用软件Design-expert进行正交试验设计,基于响应面法研究了入料压力、电流强度和线圈匝数的协同作用,深入探究外加磁场对分选精度的影响规律。结果表明:在正交区间内,Ep与入料压力、电流强度和线圈匝数均呈负线性相关,各因素间相互独立;对可能偏差Ep影响程度按大小排序为线圈匝数>电流强度>入料压力;当在入料压力0.04 MPa,电流强度3 A,线圈匝数1 000匝时,可能偏差Ep=0.026 8 g/cm^(3),相较于无磁场状态时重介质旋流器分选精度提高了51.71%。

采用Design-Expert对浮选试验进行设计分析与优化

为了高效准确地确定入料浓度、捕收剂用量、药剂比、充气量等因素对浮选试验的影响及各因素之间的交互作用,以浮选完善指标作为浮选的评定标准,采用Design-Expert8.06软件对浮选试验进行方案设计和试验优化,得出了浮选完善指标与各因素之间的定量关系模型以及等高线图和三维关系图。结果表明:单因素对浮选完善指标影响的强弱顺序为:捕收剂用量>入料浓度>药剂比>充气量;各参数存在交互作用且交互作用对浮选完善指标影响的强弱顺序为:入料浓度与药剂比>入料浓度与捕收剂用量>药剂比与捕收剂用量>入料浓度与充气量>药剂比与充气量>捕收剂用量与充气量。在入料浓度为107.27g/L,药剂比为10.63,捕收剂用量为2.11kg/t、充气量为0.6m^3/h时,得到优化的浮选完善指标为57.39%。该结果与试验验证结果非常接近,证明了Design-Expert8.06软件的可靠性。

Design-Expert7.0在设计C60高抛钢管自密实混凝土中的应用研究

利用Design-Expert7.0软件对C60高抛钢管自密实混凝土进行配合比优化设计,并对试验结果进行模型拟合。通过扫描电子显微镜(SEM)、X衍射分析(XRD)、超声波法、钻芯法及现场模拟浇筑实验,研究了硬化钢管自密实混凝土性能。结果表明,通过Design-Expert7.0优化设计获得的C60钢管自密实混凝土拌合物工作性能较好,水化产物以球状颗粒的Ⅲ型C-S-H凝胶为主。优化设计有效减少了混凝土的收缩,避免了混凝土与钢管内壁粘结性能不良,完全满足工程应用要求。

基于响应面法的应变测量精度因子的分析与优化

应变计是诊断结构杆件健康状态的重要传感器,不同应变计其测量精度不同,为研究应变计达到更高测量精度所要求的条件,对应变计敏感栅结构参数及所处的环境温度进行了优化分析。首先,采用有限元计算方法分析了敏感栅栅丝长度、栅丝长宽比以及温度对测量精度的影响;然后,利用design-expert建立了测量精度的响应面模型,并利用评价函数法对响应面模型进行了优化,得到了最优的参数组合;最后,通过格构式杆件的拉压试验进行了优化验证。研究结果表明:敏感栅长宽比存在中间最优值;测量精度不随敏感栅长度的增加而提高;25℃是较佳的测量环境温度;利用评价函数法对响应面模型优化得到了最优参数组合,即L=4 mm,H=2 mm,T=25℃,通过试验验证了优化后的参数组合较优化前使应变计的测量精度有了明显的提高,较优化前提高了3.760%。对建立的应变计测量精度响应面进行优化,可明显降低所研究因子的叠加效应对应变计造成的测量误差,该研究方法为应变计的设计与选择提供了有效依据。

基于Design-Expert的混合黄土滤料性能优化

针对西北地区缺水问题,通过海绵城市的建设可以补充西北地区淡水资源的不足。因此,以西北地区特有的黄土作为主要过滤材料,利用Design-Expert软件优化不同滤料配比,研究黄土混合滤料的渗滤性能和污染物去除效率。实验以石英砂、磁铁矿和无烟煤分别与黄土按照5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1的体积比混合,同时以单独黄土滤料作为对照组(共16组),按照30 cm和40 cm的厚度填充至反应器。实验测得混合黄土滤料的渗透系数最大可达2.38×10^(-5) m/s,COD去除率最大可达95.68%。以渗透系数为基础数据,以COD、TN、TP、电导率为目标函数,运用Design-Expert软件优化滤料配制比。优化后的实验结果表明:混合黄土滤料的体积比为V黄土∶V石英砂∶V无烟煤∶V磁铁矿=50∶34∶4∶12时,雨水处理水水质稳定,可达《城市污水再生利用——城市杂用水水质》(GB/T18920-2002)中的城市绿化标准,且模拟结果安全性较高。

Design-Expert设计优化红景天苷提取条件

利用试验设计软件Design-Expert通过二次回归设计得到红景天苷提取量与提取温度、提取时间、乙醇浓度关系的回归模型,该模型能够较好的预测红景天苷提取量,在对影响红景天苷提取量的关键因素及其相互作用进行探讨之后,得到优化的提取工艺参数为:提取温度11.4℃,提取时间12.14 h,乙醇浓度为82°(体积比),在此条件下,红景天苷提取率为2.42%,与理论预测值相比,其相对误差约为1%。

Design-Expert在超临界CO_2萃取工艺优化中的应用

文章介绍了Design-Expert软件的特点;以Design-Expert软件Central Composite Design中心设计响应面法优化超临界CO2萃取茶叶籽饼中山柰酚苷类化合物工艺为例,介绍了Design-Expert软件在工艺优化过程中设计实验的方法,并着重阐述了Design-Expert软件统计分析实验数据的方法和过程。通过比较发现,用Design-Expert软件分析试验数据方便快捷,计算精确,通过建模预测准确的试验最佳条件,使优化的工艺条件更准确。