小组计算机实验报告三.doc

实验报告课程名称：计算机在材料科学中的应用指导教师：付江盛班级： 10粉体小组成员姓名与学号 ：何树斌2010260103 李蓓 2010260143 实验名称：正交实验设计与数据分析一、 实验目的1、 掌握正交实验设计方法2、 会用相关软件或自编程序正交实验的数据进行分析二、 实验原理1、 全面实验法三因素三水平全面实验法的实验安排根据A、B、C的不同组合共有33=27次实验。其优点是对各因素与实验指标（即实验结果）之间的关系剖析得比较清楚；其缺点是：（1）实验次数太多、费时、费事，当因素水平比较多时。实验无法完成；（2）不做重复实验无法估计误差；（3）无法区分因素主次。2、 简单比较法 简单比较法是变化一个因素而固定其他因素，如首先固定B、C于B1、C1，使A变化，如果得出结果A3最好，则固定A于A3，C还是C1，使B变化，如果得出B2最好，则固定B于B2，A于A3，使C变化，如果实验结果以C2最好，于是得出最佳工艺条件为A3B2C2。其优点是实验次数少；缺点是：（1）实验点不具有代表性；（2）考察的因素水平仅限于局部区域，不能全面地反映因素的实际情况；（3）无法分清因素的主次。如果不进行重复实验，实验误差就估计不出来，因此无法确定最佳分析条件的精度；（4）很难利用数理统计方法对实验结果进行分析。3、 正交实验法 考虑兼顾全面实验法和简单比较法的优点，利用依据数学原理制作好的规格化表正交表来设计实验不失为一种上策。用正交表来安排实验及分析实验结果，这种方法叫做正交实验法。事实上，正交实验法的优点不仅表现在实验的设计上，更表现在对实验结果的处理上。正交实验法的优点有：（1）实验点代表性强，实验次数少；（2）不需做重复实验就可以估计实验误差；（3）可以分清因素的主次；（4）可以使用数理统计的方法处理实验结果。（1） 正交表符号正交表安排实验需要考虑的结果称为实验指标（简称指标），可以直接用数量表示的叫定量指标，不能用数量表示的叫定性指标。定性指标可以按评定结果打分或者评出等级，从而实现用数量表示，称为定性指标的定量化。 实验中要考虑的对实验指标可能有影响的变量简称为因素，用大写字母A、B、C表示。在正交实验设计中，因素可以是定量的，也可以是定性的，而定量因素各水平间的距离可以相等也可以不相等。 每个因素可能给出的状态称为因素的水平（简称水平）。 正交表符号的含义如下图所示：L8 （27） 各字母数字含义：L正交表的代号8正交表的横行数2字码数（因素的水平数）7正交表的纵列数（最多允许安排因素的个数）常用的正交表有：L8（27），L9(34),L16(45),L8(4*24),L12(211)等等。其中，L8（4*24）表示有一列是4水平，又四列是2水平，它是“混合水平正交表”。其他为“等水平正交表”。一般的。实验次数（行数）=（各列水平数-1）+1。（2） 正交表的正交性如果用正交表安排三因素三水平实验，只需要9次实验。下图表示用正交表安排实验时的实验点： 从图中我们看到，早9个平面中每个平面上都恰好有三个点，每个平面的每行每列豆油且只有一个点，总共九个点。选用L9（34）正交表，实验按排见下表：所在列实验号ABCD1A1B1C12A2B2C23A3B3C34A4B4C45A5B5C56A6B6C67A7B7C78A8B8C8 9A9B9C9从表中可以看出，实验点在实验范围内排列规则整齐、分布均匀。三、 问题描述 我们小组采用的是运用软件来对实验数据进行分析1、 羟基磷灰石是一类生物陶瓷材料。利用正交实验设计法，对湿法制备羟基磷灰石的几个重要因素，如反应物初始浓度、回流时间、NaOH浓度、陈化时间作为正交表的因素，并分别拟定三个水平，建立正交实验表L9（34）进行实验研究。（1）HAP生产工艺正交实验因素-水平表如下图：因素水平Ca(NO3)2初始浓度/（mol*L-1）A回流时间/hBNaOH浓度/（mol*L-1）C陈化时间/hD10.187(A1)1(B1)0.25（C1）1(D1)20.418(A2)2(B2)0.50（C2）2(D2)30.935(A3)4(B3)1.00（C3）4(D4)（2）假设因素间没有交互作用得到实验结果如下图表示：（3）采用“正交设计助手”软件对正交表中的各因素所取得水平进行试验均值计算、极值计算，确定对实验结果影响大的主要因素。直观分析表如下：（4）数据分析：各因素对试验结果（产率）影响大小顺序为B(回流时间)A(Ca10(NO3)2初始浓度)C(NaOH浓度)D(陈化时间)，根据指导书上方案选择原则，对主要因素，选择使指标最好的水平，所以选用0.187molL-1Ca10(NO3)2和0.25molL-1NaOH，回流时间和陈化时间均为1h时，HAP的产率最高93.4%。2、 为了求某无机材料的组成（SiO2、Na2O、K2O和CaO）对其弹性模量的影响，（1） 因素-水平安排表如下：因素水平SiO2/% ANa2O/% BK2O/% CCaO/% D172（A1）7.26（B1）8.16（C1）12.68（D1）274（A2）6.76（B2）7.66（C2）11.68（D2）376（A3）6.26（B3）7.16（C3）10.68（D3）（2）按L9（34）正交实验测量弹性模量，其实验结果运行如下：（3）采用“正交设计助手”软件对正交因素表中的各因素所取得水平进行均值计算、级差计算，从而确定对实验结果影响大的主要因素：直观分析表如下：（4）数据分析：各因素对试验结果（弹性模量）影响大小顺序为D(CaO含量)C(K2O含量)B(Na2O含量)A(SiO2含量)，根据指导书上方案选择原则，对主要因素，选择使指标最好的水平，所以选用CaO的均值为1，K2O的均值为3，也就是选用实验五，所以材料的最佳组成是Na2O 6.76%，SiO2 74%，CaO 12.68% ，K2O7.16%。3、 为提高某产品的转化率，选择了三个有关的因素进行条件实验：反应温度（A）、反应时间（B）、用碱量（C），并确定了它们的实验范围：A：8090；B：90150 ；C：5%7%对因素A、B、C在实验范围内分别选取三个水平：A：A1=80、A2=85、A3=90B：B1=90min、B2=120min、B3=150minC:C1=5%、C2=6%、C3=7%（1） 选取L9（34）正交表安排实验，如下表所示： 因素水平A温度/ B时间/minC用碱量/%180（A1）90（B1）5（C1）285（A2）120（B2）6（C2）390（A3）150（B3）7（C3）（2）假设因素间有交互作用，得到转化率实验结果如下表所示：（3）用“正交设计助手”软件对正交表中的各因素所取得水品进行方均值计算、极差计算，从而确定对实验结果影响大的因素。直观分析表如下：（4）数据分析：各因素对试验结果影响大小顺序为A(温度)C(用碱量)B(时间)，根据指导书上方案选择原则，对主要因素，选择使指标最好的水平，所以选用温度均值3最大，用碱量均值2最大，所以选用实验9，也就是，在90、6%的用碱量和120min下，该产品的转化率