正交試驗
關注創建者：匿名 創建時間：2022-04-06
正交試驗的視頻教程
RecurDyn在齒輪傳動系統中的應用
本次直播將重點介紹RecurDyn在齒輪傳動中的建模關鍵點及應用，包括包括如下幾個案例： 1、某閥門驅動用齒輪齒條傳動機構性能評估 2、某擺線齒輪齒圈傳動初始設計方案性能評估 3、機車牽引齒輪剛柔耦合仿真及聯合PARTICLEWORKS的潤滑仿真分析 4、機器人用精密擺線減速器傳動性能仿真及分析 （1）傳動誤差及回差仿真分析； （2）基于正交試驗方法的零件誤差對傳動誤差及回差影響規律仿真分析
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正交試驗的實例教程
圖5 散熱性能單因素影響分析
4 基于正交實驗法的流道結構參數對溫度的影響分析
通過上文單因素影響分析，可以發現肋片間距、厚度、進口流量都影響著冷板的散熱性能。實際應用中，如果流道結構參數設計得不好，很有可能會影響元器件的正常工作。針對以上問題，利用正交試驗[8,9]求解出肋片的最佳組合尺寸。本次試驗從上文單因素分析結果中選取了3個水平，如表1所示。
表1 影響因素水平表
查詢L9(34）正交試驗表來安排三因素三水平的試驗方案，如表2所示。表中含有9組不同的小通道結構參數尺寸組合，分別建立9種不同的冷板三維模型并進行熱仿真分析，得出的冷板表面最高溫度如表2最后一列所示。
表2 試驗方案和結果
由表2數據可以發現，肋片間距L的三水平各自所對應的平均數K1、K2、K3并不相等，說明L因素能影響冷板的試驗結果。根據K2<K3<K1，可以判斷L2是L因素的優水平。同樣，D2、Q3分別是D、Q的優水平。R是各列因素的極差。根據RQ>RD>RL，可以判定進口流量最能影響冷板的散熱性能，而肋片間距影響最小。
結合以上試驗結果分析，最終冷板流道尺寸定為：主流道寬為8 mm，高為4 mm，肋片間距為3 mm，厚度為2.5 mm，長度為110 mm，進口流量為3 L/min。重新建立冷板三維模型，進行仿真數值計算，結果如圖6所示，優化后的冷板表面溫度有所降低。
5 結論
利用ICEPAK仿真軟件，模擬分析了小通道冷板和普通S型流道冷板的散熱情況和壓降損失。同時又分別研究了小通道肋片間距、厚度及進口流量對冷板表面溫度、流道壓降的影響，結論如下：
圖6 優化后的冷板溫度云圖
1）在流道橫截面積相等的條件下，小通道冷板表面最高溫度降低了10%，其散熱性能明顯優于普通S型流道冷板。
展開 正交試驗設計是一種多因素試驗方法，我們可以采用這一方法進行數值試驗，計算圖1轉角為0.1rad時構件的力（無量處理為Ω
0.1
=V
0.1
/V
y）
；并評估使得這個力最大時構件幾何參數以及最大力的數值。
選擇板厚
t
w
，高度h
w
，構件長度e，翼板寬度b
f
，腹板厚度tf作為重點研究的指標。選取正交表L16 (4^5)，其中“5”代表有5個參數，“4”代表每個參數取四個參數水平，“16”代表按照正交表只需要進行16次計算分析，就能得到近似極值的參數組合。(如果每個參數取4各水平for循環一下，那就是4×4×4×4×4=1024次，16 vs. 1024 ，呵呵~）
例如本例可以通過有限元分析得到16個正交組合參數情況下的構件極限力，如表1所示。
表1 Parameters and FE analysis results of orthogonal test
值得注意是，每個因素（t
w
，h
w
，e，b
f
，
t
f
）在表1中均出現了4次。例如t
w
=8mm（level-1）在的列中出現了4次，h
w=
500mm (level-2)在hw所在列中出現了4次。如果我們定義T
level1
是這level-1對應四次仿真結果的和，那么可以計算這四次的平均結果為m
level1
=(
Tlevel1
)/4。
展開 圖4 第2 道次等效應力分布圖
正交試驗設計與結果分析
根據正交試驗的基本步驟，先確定試驗目的及試驗指標，再確定試驗因素和水平來完成正交試驗的設計。在多楔輪旋壓成形過程中，工件與旋輪接觸面積較大時，旋輪在進給過程中會承受較大的徑向載荷，過大的載荷會增加旋輪的磨損以及設備的耗能，同時在第2 道次旋平過程中，在旋輪的徑向進給下完成對法蘭的初步聚料，對后續法蘭完整成形有重要影響，因此本次正交試驗選擇最大徑向載荷以及法蘭填充程度為試驗指標。
在曲軸多楔輪旋壓成形過程中，影響多楔輪旋壓成形質量的因素有很多，例如芯模轉速影響工件表面質量，若芯模轉速過大可能導致設備振動劇烈而影響成形質量。旋輪進給速度影響工件等效應力分布及成形完整度，合理的旋輪進給速度能改善工件等效應力分布同時保證法蘭充填程度。此外，摩擦系數也對金屬流動和法蘭充填程度有著重要影響。
根據以上分析，結合旋壓技術手冊并基于實際生產經驗，選擇芯模轉速、旋輪進給速度和摩擦系數為多楔輪旋壓成形中的主要研究參數，其中，旋輪進給速度為2 ～6mm/s，芯模轉速為200 ～400r/min，摩擦系數為0.05 ～0.2。以第2 道次旋壓成形過程中旋輪徑向進給速度、摩擦系數、芯模轉速為自變量，以最大徑向載荷和法蘭填充程度為目標函數，制定3因素3 水平正交試驗表。
根據正交試驗方案對第2 道次旋壓成形進行9 次有限元模擬，獲得正交試驗因素和試驗指標——最大徑向載荷以及法蘭填充程度的結果見表2。
表2 正交試驗結果表
采用極差法來進行正交試驗分析，由于本次正交試驗有兩個試驗指標：最大徑向載荷和法蘭填充程度，因此屬于多指標正交試驗極差分析，其分析結果如表3 所示。
展開 而基于正交試驗設計原理，能夠通過少數次數值模擬來分析金屬膜片各參數的小范圍波動對貯箱性能指標(貯箱推進劑排空率和膜片偏心程度)的影響程度。
3.1 金屬膜片的正交試驗方案設計
根據因素和水平劃分分析，宜采用7因素2水平正交表設計試驗，水平值選取參數值±1%的波動，所選取的參數以及由此形成的L8(27)正交試驗表見表1。
3.2 正交試驗結果分析
通過非線性有限元軟件MSC.MARC計算所得到的各指標數據結果見表2。
值得說明的是，由于未在外部貯箱殼體處對膜片進行位移約束，所以貯箱的排出量和推進劑排空率要比實際情況大一些，也就出現了表中試驗號為2、5、7、8的試驗結果中，貯箱推進劑排空率略大于1的情況。但試驗數據對參數的極差分析和方差分析所具有的參考意義不會受到較大影響。
4 正交試驗結果分析
4.1 因子水平的極差分析
把表2中各參數在不同水平下試驗結果之和的最大值和最小值相減，就得到了因子水平的極差。極差大小反映了參數對貯箱指標影響的大小。為考慮各參數對指標結果影響的正負相關性，得到改進后的極差圖見圖4。
通過因子的極差分析得出，厚度、公切線錐角和外載對推進劑排空率的影響尤為顯著，貯箱排空率隨著外載和公切線錐角的增大而增大，隨著厚度的增大而減小。
預彎邊半徑、公切線錐角、圓弧段半徑對膜片頂點橫向位移的影響尤為顯著，膜片頂點橫向位移隨著公切線錐角和公切線長的增大而增大，隨著預彎邊半徑、圓弧段半徑、彈性模量和外載的增大而減小。
展開 圖1 0 翹曲結果分析 、
3 基于Moldex3D的正交試驗
3.1 正交試驗設計
正交試驗是一種多因素多水平的試驗設計方法，所選的數據具備分散均勻、整齊可比的特點，對于科學研究來說正交試驗是高效而經濟的設計方法[14,15,16]。基于初始分析結果，發現棋子的表面存在較嚴重的凹痕和翹曲變形，影響制品的外觀質量。為了得到表面質量良好的制品，根據凹痕和翹曲的影響因素，調整保壓時間、最大保壓壓力百分數和冷卻時間，設計一個三因素三水平的正交試驗，具體列于表1。因為初始分析時設定的最大保壓壓力百分數為49.3%，也就是保壓壓力為83.81 MPa，壓力值過小，導致凹痕位移較嚴重，所以正交試驗中將最大保壓壓力百分數提高到69.9%～77%左右，避免實驗范圍過大。
表1 正交試驗因素與水平
3.2 凹痕位移和翹曲總位移極差分析
對于體積小的產品來說，表面凹痕位移大于0.06 mm是比較明顯的缺陷，嚴重影響制品性能。表2為正交試驗的結果，發現增大保壓時間和最大保壓壓力百分數后，凹痕位移顯著下降，最小達到0.043 mm，說明優化效果顯著。表3為凹痕位移極差分析。由表3知，三個因子的極差R大小順序分別為R (B)>R (A)>R (C)，這說明B (最大保壓壓力百分數)對凹痕位移的影響最大，C (冷卻時間)的影響最小，最優組合為A3B3C1，即當保壓時間30 s、最大保壓壓力百分數為77%、冷卻時間為10 s時，產品的凹痕位移最小。
表2 凹痕位移和翹曲總位移正交試驗結果
表3 凹痕位移極差分析
表4為翹曲總位移極差分析。正交試驗結果顯示，最佳組合為A3B2C3或A3B3C3。由表4可知，3個因子的極差R大小順序分別為R (A)>R (C)>R(B)，說明因子A對翹曲總位移的影響最大，B對翹曲總位移的影響最小。
展開 
正交試驗的最新內容
計算量巨大
并行計算（MPP）
參數敏感
正交試驗標定
按照DFSS（6西格瑪設計）進行正交試驗，各影響因素的水平設置如表1所示。
表1 圓棒試樣高應變速率拉伸的DISS設計方案
0
2
試驗結果與分析
2.1 夾具材料選擇
拉伸試驗采用螺紋旋緊夾持方式：夾具內螺紋長度大于圓棒試樣螺紋端長度，確保試樣螺紋全部擰入。
基于正交試驗方法，可以獲得的網格尺寸對板料―凹模圓角區界面接觸壓力有影響，如圖5所示，可以用于補償不同板料和模具網格尺寸條件下界面接觸壓力計算偏差。
圖4 模具網格大小對接觸壓力的影響
圖5 網格大小對接觸壓力的影響
積分點個數的影響
圖6是分別采用5、7、9個積分點條件下界面接觸壓力分布演化情況。
圖1 0 翹曲結果分析 、
3 基于Moldex3D的正交試驗
3.1 正交試驗設計
正交試驗是一種多因素多水平的試驗設計方法，所選的數據具備分散均勻、整齊可比的特點，對于科學研究來說正交試驗是高效而經濟的設計方法[14,15,16]。基于初始分析結果，發現棋子的表面存在較嚴重的凹痕和翹曲變形，影響制品的外觀質量。
通過正交試驗的極差分析，各因素的影響順序為：進口流量>肋片厚度>肋片間距。該分析結果為高功耗電子設備的散熱設計提供理論參考。
關鍵詞：ICEPAK;肋片;散熱性能;正交試驗;高功耗;
0 引言
現階段，隨著電子技術的迅猛發展，電子設備廣泛應用在軍工、航空及船舶等眾多領域。新一代軍用設備的設計更趨于大功耗、小型化、輕量化。
本設計采取正交設計的方法進行試驗，正交試驗設計能均勻地挑選出代表性強的少數試驗方案，由少數的試驗結果推出較優的方案，試驗次數減少且能確保試驗的可靠性，這樣試驗次數降至16次。下面對本次試驗方案進行設計和確定。
與傳統的試錯法和正交試驗優化參數相比，該算法尋優范圍更大，獲取的最優值也更加準確，提高了企業的生產效率和降低成本。
參考文獻
[1] 趙博寧，岑升波，何娟霞.基于正交試驗的連結法蘭盤圓孔翻邊成形參數對成形質量的影響規律[J].鍛壓技術，2020,45(11):36-44.
根據正交試驗表選擇原則，采用L16正交表，試驗安排及結果見表6。
表5 正交因素與水平
表6 正交試驗結果
3.2 有限元模擬結果分析
針對正交試驗結果采用極差R 法分析，極差是指各水平指標對應的最大值與最小值之差。極差分析法簡稱R 法，是分析正交試驗結果最常用的方法，此法包含計算和判斷兩模塊，可以求出試驗因素的主次、優水平和因素最優組合[7]
。
根據正交試驗表選擇原則，采用L16正交表，試驗安排及結果見表6。
表5 正交因素與水平
表6 正交試驗結果
3.2 有限元模擬結果分析
針對正交試驗結果采用極差R 法分析，極差是指各水平指標對應的最大值與最小值之差。極差分析法簡稱R 法，是分析正交試驗結果最常用的方法，此法包含計算和判斷兩模塊，可以求出試驗因素的主次、優水平和因素最優組合[7]。
采用水助激光掃描加工方法，通過正交試驗和單因素試驗研究了各因素對TBC損傷程度和TBC材料去除率的影響關系
對TBC材料去除率的影響程度由大到小依次為激光電流、激光重復頻率、水泵電壓和光斑重疊率。
