第8章 试验设计基础_PPT幻灯片
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第8章正交
（2）综合平衡法 先对每个指标分别进行单指标的直 观分析，得到每个指标的影响因素主 次顺序和较优水平组合，然后根据理 论知识和实践经验，对各指标的分析 结果进行综合比较和分析，得出较优 方案。 例8-7
3.2 方差分析法
先将试验结果的总变异分解为各因素
不同水平间、交互作用及误差的变异，
然后计算出各F值，查F界值表，确定P
根据因素数和水平数来选择合适的正 交表。一般要求，因素数≤正交表列 数，因素水平数与正交表对应的水平 数一致，在满足上述条件的前提下， 选择较小的表。
表头设计：
表头是指正交表第一行的“列号”。正交表选 定后，要把各因素项及交互作用项分别放在正交 表表头适当的列中去。此过程称表头设计。若因 素间的交互作用可以忽略时，可随意地把各因素 安排在所选表的列上；若因素间有交互作用，则 应将交互作用看作是影响因素，并将其安排在相 应的列上（称为交互作用列）。但是，各个因素 列和交互作用列是不能随意安排的。表头设计不 是唯一的，一项试验，可以做出多种不同的表头 设计，一般来说，只要设计得合理，试验误差不 大，结论一般都是一致的。
L125(531)，…
混合水平正交表： L8(4×24) ， L16(4×212)
L16(42×29) ，L16(43×26)，
L12(3×23) ，L12(3×24) ，L18(2×37)，
L12(6×22) ，…
常用的正交表见附录。
1.2 正交表的特点
“均衡分散”和“整齐可比”
均衡分散（或称搭配均匀）：是说明正交 表列出的这部分组合搭配，在全部可能的 组合搭配中分布是均匀的，因此代表性强， 能较好地反映全面情况。
如L18(6×36)，如表8-3
正交表可分为同水平和混合水平两大类
的设计性实验 基础知识-PPT精选文档
单摆实验
不确定度传递公式
4 2 L g T2
2 2 2 E ( g ) E ( L ) 4 E ( T )
E ( g ) 0 . 5 %
2 4 E ( g ) 0 . 25 10
2 4 E ( L ) 0 . 125 10
2 4 4 E ( T ) 0 . 125 10
显然采用此方案，既简单，又准确。 因此，选单摆模型比自由落体要好。
实验方法的选择
一个实验中可能要测量多个物理量，而每个物理量又 都可能有多种测量方法。
比如： 在测量温度时——可以使用水银温度计、热电偶、热敏电阻等 多种器具； 测量电压——可以用万用表、数字电压表、电位差计、示波器 等。 必须根据被测对象的性质和特点，罗列各种可能的实验方法，分 析各种方法的适用条件，比较各种方法的局限性及可能达到的实 验精度等因素，并考虑各种方法实施的可能性，优缺点，综合后 做出选择。 一般情况下，为减小误差应尽可能采取等精度的多次测量；对于 等间隔、线性变化的实验数据的处理可采用“逐差法”、“最小 二乘法”等。
g
又如一般电表读数的最有利条件是选取电表刻度盘的2/3附近 的区域。
另外，环境条件如温度、湿度、气压、射线、电磁场、振动 等，对仪器的正常工作都会有一定的影响，也会引起系统误 差，所以选定合适的测量环境也是不可忽视的。
• 提出具体方案，撰写准备报告
整个过程中要查阅足够的参考资料； 在实验室实地考查仪器情况并进行准备性实验。 参考资料： 大学物理、物理实验教科书（不同版本）； 有关测量、传感器方面的教材和专著； 仪器、仪表、器件手册； 仪器说明书； 国家标准、行业标准、技术规范等。
误差限值的相对值
由于待测量的量值与仪器的量程不匹配，用0.5级的 表测得的结果反而不如1.0级的表好。
试验结果的统计分析幻灯片
• 该资料的方差分析步骤如下：首先，将数据整理 成以处理为横行分组、区组为纵列分组的两向分
组资料，估算出总变异、处理间变异、区组间变 异和试验误差的变异；再将试验数据整理成A因 素为行分组、B因素为列分组的两向分组资料； 通过A×B的两向分组资料估算出A因素、B因素的 主效和A×B的交互作用，其方差分析见表8.27。
8.3.2 二因素完全随机设计试验结果 的方差分析
• 两个因素的完全随机化设计资料分为两种类型：观测值重 复一次的二因素方差分析和观测值重复n次的二因素方差 分析。下面分别介绍这两种类型数据资料方差分析的方法 。
• 1．重复一次的二因素随机试验的方差分析
• 设有A、B两个因素，A因素有a个水平，B因素有b个水平 ，若两个因素各水平均衡相遇，共有ab个处理。若因素间 无交互作用，每个处理可只设一个观测值，即r=1，则试 验共有ab个观察值。这时，我们可以将试验数据整理成A 因素为行分组、B因素为列分组的两向分组资料，其资料 类型见表8.11。这类资料也称为组合内只有单个观察值的 两向分组资料。
8.6 裂区设计试验结果的方差分析
8.7 条区设计试验结果的方差分析
• 设A因素有a个水平，B因素有b个水平，，共有ab 个处理。每处理均有r个重复，则共有rab个观察 值。
8.2 间比法设计试验结果的直观分析
表8.3 小麦品系间比试验的直观分析
8.3 完全随机设计试验结果的方差分析
• 完全随机设计可以分为单因素完全随机设计和二 因素完全随机设计。所得试验资料均采用方差分 析。
8.3.1 单因素完全随机设计试验结果的方差 分析
表8.4 组内观察值数目相等的单因素资 料的方差分析表
• ［例8.7］ 采用3种培养液（A）施 与3个玉米品种（B），3次重复， 随机区组设计。拔节期测量植株的 高度（cm），结果列于表8.28， 试进行方差分析。
第8章化工设备常用金属材料的基本性能
第8章化工设备常用金属 材料的基本性能
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2020/11/27
第8章化工设备常用金属材料的基本 性能
• 学习内容（三大部分）
• 1、常用材料 • 2、压力容器 • 3、化工设备
•过程装备与控制专业两门课
•压力容器设计基础 •过 程 装 备 设 计
•按照工艺类专业及其它相近的非机械类专业的要求， 重点讲述过程装备与控制专业最基本、最重要的内容。
•多数设备的壳体用板材卷焊制造而成，要求材料具有良好的 塑性、良好的切削加工性能和焊接性能等。 •管道的弯管需要冷弯成型，也需要管材有良好的塑性。
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第8章化工设备常用金属材料的基本 性能
•8.2 金属材料的腐蚀与防护
•腐蚀是材料在各种环境作用下发生的破坏和变质。
•自然环境 •人为环境
•硬度是指金属材料的软硬程度，也即金属材料抵抗 更硬的物体压入其内的能力。它表示材料在一个小 的体积范围内，抵抗弹性变形、塑性变形或破裂的 能力。
•常用表征方法：
•HB 布氏硬度 √ •HRC 洛氏硬度 •HV 维氏硬度
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第8章化工设备常用金属材料的基本 性能
•硬度大小反映材料的耐磨性能和切削加工的可能性 。
•因此，高温设备必须具有抗氧化能力。
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第8章化工设备常用金属材料的基本 性能
•8.1.4 加工工艺性能
•为使加工工艺简便并保证质量、降低成本，要求材料具有良 好的加工工艺性能。
•金属材料的加工工艺性能包括可焊性、可锻性、可铸性、切 削加工和热处理性能等。
•对化工设备用材的加工工艺性要求，取决于设备的结构和加 工方式。例如：
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第8章化工设备常用金属材料的基本 性能
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2020/11/27
第8章化工设备常用金属材料的基本 性能
• 学习内容（三大部分）
• 1、常用材料 • 2、压力容器 • 3、化工设备
•过程装备与控制专业两门课
•压力容器设计基础 •过 程 装 备 设 计
•按照工艺类专业及其它相近的非机械类专业的要求， 重点讲述过程装备与控制专业最基本、最重要的内容。
•多数设备的壳体用板材卷焊制造而成，要求材料具有良好的 塑性、良好的切削加工性能和焊接性能等。 •管道的弯管需要冷弯成型，也需要管材有良好的塑性。
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第8章化工设备常用金属材料的基本 性能
•8.2 金属材料的腐蚀与防护
•腐蚀是材料在各种环境作用下发生的破坏和变质。
•自然环境 •人为环境
•硬度是指金属材料的软硬程度，也即金属材料抵抗 更硬的物体压入其内的能力。它表示材料在一个小 的体积范围内，抵抗弹性变形、塑性变形或破裂的 能力。
•常用表征方法：
•HB 布氏硬度 √ •HRC 洛氏硬度 •HV 维氏硬度
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第8章化工设备常用金属材料的基本 性能
•硬度大小反映材料的耐磨性能和切削加工的可能性 。
•因此，高温设备必须具有抗氧化能力。
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第8章化工设备常用金属材料的基本 性能
•8.1.4 加工工艺性能
•为使加工工艺简便并保证质量、降低成本，要求材料具有良 好的加工工艺性能。
•金属材料的加工工艺性能包括可焊性、可锻性、可铸性、切 削加工和热处理性能等。
•对化工设备用材的加工工艺性要求，取决于设备的结构和加 工方式。例如：
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第8章化工设备常用金属材料的基本 性能
土力学与基础工程教学课件ppt作者代国忠第8章桩基础（4）
75%为单桩水平承载力特征值 Rha。 4）当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下列公式估算桩身配筋率小于
10
35～100
2～5
密实老填土
5 中密、密实的砾砂，碎石类土
100～300
1.5～3
注：1.当桩顶水平位移大于表列数值或灌注桩配筋率较高（≥0.65%）时， m 值应适当降低； 当预制桩的水平向位移小于 10mm 时， m 值应适当提高。
2.当水平荷载为长期或经常出现的荷载时，应将表列数值乘以 0.4 降低采用。
考虑承台和地下墙体侧面土体弹性抗力影响，并令 Cb = 0 。
对于群桩基础，承台底与地基土间的摩擦系数 μ 取值规定见表 8-25。
粘性土 粉土
表 8-25 承台底与地基土间的摩擦系数 μ
土的类别
摩擦系数 μ
可塑 硬塑 坚硬 密实、中密（稍湿） 中砂、粗砂、砾砂 碎石土、软质岩石 表面粗糙的硬质岩石
m
=
( H cr xcr
.ν
)5/3
x
b0 .(EI ) 2 / 3
式中 m ——地基上水平抗力系数的比例系数（MN/m4），该数值为地面以下 2(d + 1) 深度内各层土的综合值， m 值可参照表 8-23 选取；
H cr 、xcr ——分别为单桩水平临界荷载（kN）、及临界荷载对应位移（m）；
d 4 x + mb0 z.x = 0 dz 4 EI
或
d 4 x + α 5 z.x = 0
dz 4
（8-79）
式中 z 、 x ——分别为桩的深度及桩深 z 处的水平位移；
α ——桩的变形系数（m-1）， α = 5 mb0 ；
EI
EI ——桩身抗弯刚度，对于钢筋混凝土桩， EI = 0.85Ec I0 ；其中 Ec 为混 凝土 的弹 性 模量， I0 为桩 身 换 算 截面 惯 性矩 ， 圆形 截 面 I 0 = W0d / 2 ；
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当试验中考察的因素只有一个时，称为单因素试验；
若同时研究两个或两个以上的因素对试验指标的影响 时，则称为两因素或多因素试验。
（3）因素水平（level of factor）
试验因素所处的各种状态或数量等级称为因素水平， 简称水平。
在试验设计中，1个因素选几个水平，就称该因素为 几水平因素。如微生物的培养温度A（℃）设计30，40，设置20，40，60，80四个水平，培养时间为4水平因 素。如比较3个品种奶牛产奶量的高低，这3个品种就是 奶牛品种这个试验因素的3个水平。 表示方式？
② 先进性 在了解国内外该研究领域的进展、水平等 基础上，选择前人未解决或未完全解决的问题， 以求在理论、观点及方法等方面有所突破。
③ 创新性
研究课题要有自己的新颖之处。
④可行性
就是完成科研课题的可能性，无 论是从主观条件方面，还是客观条件 方面，都要能保证研究课题的顺利进 行。
（2）研究依据、内容及预期达到的经济技 术指标
（4）供试材料的数量及要求 试验材料或试验对象选择正确
与否，直接关系到试验结果的正确 性。因此，试验材料应力求比较均 匀一致。 （5）试验记录的项目与要求
（5）试验单位（元）（experimental unit）
在试验中接受不同试验处理的试验载体叫试验单位。 在畜禽、水产试验中， 一只家禽、 一头家畜、一只小 白鼠、一尾鱼，即一个动物；或几只家禽、几头家畜、几只 小白鼠、几尾鱼，即一组动物都可作为试验单位。1个苹果、 1听罐头、几袋面粉等。 试验单位往往也是观测数据的单位。
二是研究人员自己选定的试验课题。
研究人员自选课题时，首先应该明 确为什么要进行这项科学研究，也就是 说，应明确研究的目的是什么，解决什 么问题，以及在科研和生产中的作用、 效果如何等。
选题时应注意以下几点：
① 实用性 要着眼于畜牧、水产等科研和生产中急需 解决的问题，同时从发展的观点出发，适当照 顾到长远或不久将来可能出现的问题。
试验设计的任务就是以概率论与数理统计知 识为理论基础，结合专业知识和实践经验， 经济的、科学的、合理地安排试验；有效地 控制试验干扰；力求用较少的人力、物力、 财力和时间，最大限度地获得丰富而可靠的 资料；充分利用和科学地分析所获取得试验 信息，从而达到能明确回答研究项目所提出 的问题和尽快获得最优方案的目的。
（8）部分实施（fractional enforcement）
由全面试验中选取部分有代表性的处理进行试验
**试验计划 与方案
1. 试验计划的内容及要求 进行任何一项科学试验，在试验前必须
制定一个科学的、全面的试验计划，以便使 该项研究工作能够顺利开展，从而保证试验 任务的完成。试验计划的内容一般应包括以 下几个方面：
课题确定后，通过查阅国内外有关文献资料，明 确项目的研究意义和应用前景，国内外在该领域的研 究概况、水平和发展趋势，理论依据、特色与创新之 处 ；明确项目 的具体研究内容 和重点解决的问题， 以及取得成果后的应用推广计划，预期达到的经济技 术指标及预期的技术水平等。
（3）试验方案和试验设计方法
试验方案是全部试验工作的核心部分，主 要包括研究的因素、水平的确定等。方案确定 后，结合试验条件选择合适的试验设计方法
试验中，凡对试验指标可能产生影响的原因或要素， 都称为因素，因子。
试验中所研究的影响试验指标的因素叫试验因素。试
验因素常用大写字母A、B、C、…等表示。把除试验因
素以外的其它所有对试验指标有影响的因素统称为条件因 素，又称试验条件（expermental conditions）。如研究研究增稠 剂用量、pH值和杀菌温度对豆奶稳定性的影响时，增稠 剂用量、pH值和杀菌温度即为试验因素。
** 选讲内容
（1）课题选择与试验目的 科研课题的选择是 整个 研究工作的 第一步。
课题选择正确，此项研究工作就有了很好的开 端。
一般来说，试验课题通常来自两个方面。
一是国家或企业指定的试验课题，这些试 验课题不仅确定了科研选题的方向，而且也为 研究人员选题提供了依据，并以此为基础提出 最终的目标和题目。
（4）试验处理（treatment）
事先设计好的实施在试验单元上的具体措施叫试验 处理，简称处理。
单因素试验时，试验因素的一个水平就是1个处理。 多因素试验中，由于因素和水平较多，可以形成若干 个水平组合（处理），每个水平组合就是1个处理。 处理的多少等于参试各因素水平的乘积。如3因素3 水平试验共有3×3×3=27个处理。
1.2 试验设计的作用
（1）通过试验设计可以分清各试验因素 对试验指标的影响大小顺序，找出主要因 素，抓住主要矛盾。 （2）通过试验设计可以了解因素与水平 指标间的规律性，即每个因素水平改变时， 指标是怎样变化的。
（3）通过试验设计可以各试验因素之间 的相互影响情况，即因素间的交互作用。
（2）试验因素（experimental factor）
（6）重复（repetition）
在试验中，将一个处理实施在两个或两个以上的试验 单位上，称为重复；1处理实施的试验单位数称为处理的重 复数。
（7）全面试验（overall experiment）
对试验因素的所有水平组合都进行实施的试验 称为全面试验。 优点：能够获得全面的试验信息，无一遗漏，各因素及各级 交互作用对试验指标的影响剖析的比较清楚，又称全面析因 试验（factorial experiment）。 缺点：随着试验因素和水平的增多，试验处理数目会剧增， 试验次数急剧增加。
1 试验设计概述
1.1 试验设计的意义和任务
试验设计是数理统计学的一个重要分支，是进行科 学研究的重要工具。它域生产实践和科学研究紧密结合， 在理论上和方法上不断地丰富和发展，广泛应用于各个 领域。
在食品生产和科学研究中，为了革新生产工艺，开发新 产品，寻求优质、高效、低耗的方法等，经常要进行各种试 验。如何合理安排试验，如何对结果进行科学分析，是食品 生产、科研工作者经常遇到的现实问题。试验设计的好坏直 接影响试验的结果和试验效率，所以试验工作前有必要对试 验进行良好设计。
若同时研究两个或两个以上的因素对试验指标的影响 时，则称为两因素或多因素试验。
（3）因素水平（level of factor）
试验因素所处的各种状态或数量等级称为因素水平， 简称水平。
在试验设计中，1个因素选几个水平，就称该因素为 几水平因素。如微生物的培养温度A（℃）设计30，40，设置20，40，60，80四个水平，培养时间为4水平因 素。如比较3个品种奶牛产奶量的高低，这3个品种就是 奶牛品种这个试验因素的3个水平。 表示方式？
② 先进性 在了解国内外该研究领域的进展、水平等 基础上，选择前人未解决或未完全解决的问题， 以求在理论、观点及方法等方面有所突破。
③ 创新性
研究课题要有自己的新颖之处。
④可行性
就是完成科研课题的可能性，无 论是从主观条件方面，还是客观条件 方面，都要能保证研究课题的顺利进 行。
（2）研究依据、内容及预期达到的经济技 术指标
（4）供试材料的数量及要求 试验材料或试验对象选择正确
与否，直接关系到试验结果的正确 性。因此，试验材料应力求比较均 匀一致。 （5）试验记录的项目与要求
（5）试验单位（元）（experimental unit）
在试验中接受不同试验处理的试验载体叫试验单位。 在畜禽、水产试验中， 一只家禽、 一头家畜、一只小 白鼠、一尾鱼，即一个动物；或几只家禽、几头家畜、几只 小白鼠、几尾鱼，即一组动物都可作为试验单位。1个苹果、 1听罐头、几袋面粉等。 试验单位往往也是观测数据的单位。
二是研究人员自己选定的试验课题。
研究人员自选课题时，首先应该明 确为什么要进行这项科学研究，也就是 说，应明确研究的目的是什么，解决什 么问题，以及在科研和生产中的作用、 效果如何等。
选题时应注意以下几点：
① 实用性 要着眼于畜牧、水产等科研和生产中急需 解决的问题，同时从发展的观点出发，适当照 顾到长远或不久将来可能出现的问题。
试验设计的任务就是以概率论与数理统计知 识为理论基础，结合专业知识和实践经验， 经济的、科学的、合理地安排试验；有效地 控制试验干扰；力求用较少的人力、物力、 财力和时间，最大限度地获得丰富而可靠的 资料；充分利用和科学地分析所获取得试验 信息，从而达到能明确回答研究项目所提出 的问题和尽快获得最优方案的目的。
（8）部分实施（fractional enforcement）
由全面试验中选取部分有代表性的处理进行试验
**试验计划 与方案
1. 试验计划的内容及要求 进行任何一项科学试验，在试验前必须
制定一个科学的、全面的试验计划，以便使 该项研究工作能够顺利开展，从而保证试验 任务的完成。试验计划的内容一般应包括以 下几个方面：
课题确定后，通过查阅国内外有关文献资料，明 确项目的研究意义和应用前景，国内外在该领域的研 究概况、水平和发展趋势，理论依据、特色与创新之 处 ；明确项目 的具体研究内容 和重点解决的问题， 以及取得成果后的应用推广计划，预期达到的经济技 术指标及预期的技术水平等。
（3）试验方案和试验设计方法
试验方案是全部试验工作的核心部分，主 要包括研究的因素、水平的确定等。方案确定 后，结合试验条件选择合适的试验设计方法
试验中，凡对试验指标可能产生影响的原因或要素， 都称为因素，因子。
试验中所研究的影响试验指标的因素叫试验因素。试
验因素常用大写字母A、B、C、…等表示。把除试验因
素以外的其它所有对试验指标有影响的因素统称为条件因 素，又称试验条件（expermental conditions）。如研究研究增稠 剂用量、pH值和杀菌温度对豆奶稳定性的影响时，增稠 剂用量、pH值和杀菌温度即为试验因素。
** 选讲内容
（1）课题选择与试验目的 科研课题的选择是 整个 研究工作的 第一步。
课题选择正确，此项研究工作就有了很好的开 端。
一般来说，试验课题通常来自两个方面。
一是国家或企业指定的试验课题，这些试 验课题不仅确定了科研选题的方向，而且也为 研究人员选题提供了依据，并以此为基础提出 最终的目标和题目。
（4）试验处理（treatment）
事先设计好的实施在试验单元上的具体措施叫试验 处理，简称处理。
单因素试验时，试验因素的一个水平就是1个处理。 多因素试验中，由于因素和水平较多，可以形成若干 个水平组合（处理），每个水平组合就是1个处理。 处理的多少等于参试各因素水平的乘积。如3因素3 水平试验共有3×3×3=27个处理。
1.2 试验设计的作用
（1）通过试验设计可以分清各试验因素 对试验指标的影响大小顺序，找出主要因 素，抓住主要矛盾。 （2）通过试验设计可以了解因素与水平 指标间的规律性，即每个因素水平改变时， 指标是怎样变化的。
（3）通过试验设计可以各试验因素之间 的相互影响情况，即因素间的交互作用。
（2）试验因素（experimental factor）
（6）重复（repetition）
在试验中，将一个处理实施在两个或两个以上的试验 单位上，称为重复；1处理实施的试验单位数称为处理的重 复数。
（7）全面试验（overall experiment）
对试验因素的所有水平组合都进行实施的试验 称为全面试验。 优点：能够获得全面的试验信息，无一遗漏，各因素及各级 交互作用对试验指标的影响剖析的比较清楚，又称全面析因 试验（factorial experiment）。 缺点：随着试验因素和水平的增多，试验处理数目会剧增， 试验次数急剧增加。
1 试验设计概述
1.1 试验设计的意义和任务
试验设计是数理统计学的一个重要分支，是进行科 学研究的重要工具。它域生产实践和科学研究紧密结合， 在理论上和方法上不断地丰富和发展，广泛应用于各个 领域。
在食品生产和科学研究中，为了革新生产工艺，开发新 产品，寻求优质、高效、低耗的方法等，经常要进行各种试 验。如何合理安排试验，如何对结果进行科学分析，是食品 生产、科研工作者经常遇到的现实问题。试验设计的好坏直 接影响试验的结果和试验效率，所以试验工作前有必要对试 验进行良好设计。