計算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用

1、.學(xué)生學(xué)號0121201010434實(shí)驗(yàn)課成績武漢理工大學(xué)學(xué) 生 實(shí) 驗(yàn) 報 告 書實(shí)驗(yàn)課程名稱 計算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用 開 課 學(xué) 院 材料科學(xué)與工程學(xué)院 指導(dǎo)老師姓名 朱曉萌 學(xué) 生 姓 名 學(xué)生專業(yè)班級 材科1206班 2015 2016學(xué)年 第二學(xué)期實(shí)驗(yàn)課程名稱：計算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)5 材料實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)方差分析實(shí)驗(yàn)成績實(shí)驗(yàn)者專業(yè)班級材科1206班組別同組者無實(shí)驗(yàn)日期2015.5.23第一部分：實(shí)驗(yàn)分析與設(shè)計一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容描述1、了解方差分析原理，掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)方差分析方法。2、分析運(yùn)算結(jié)果，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出正確解釋、二、實(shí)驗(yàn)基本原理與設(shè)計 方差分析(Analys

2、is of Variance，簡稱ANOVA)，又稱“變異數(shù)分析”或“F檢驗(yàn)”，是R.A.Fisher發(fā)明的，用于兩個及兩個以上樣本均數(shù)差別的顯著性檢驗(yàn)。 由于各種因素的影響，研究所得的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)波動狀。造成波動的原因可分成兩類，一是不可控的隨機(jī)因素，另一是研究中施加的對結(jié)果形成影響的可控因素。 方差分析試驗(yàn)是是數(shù)據(jù)的一種統(tǒng)計方法在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中經(jīng)常要分析各種因素之間的交互作用對研究對象某些指標(biāo)的影響。在方差分析中，把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的總波動分為由所考慮因素所引起的波動和隨機(jī)因素引起的波動，然后通過分析比較這些變差來分析哪些因素對指標(biāo)的影響是顯著的，哪些是不顯著的。 雙因素有交互效應(yīng)的方差分析：

3、在兩個因素的試驗(yàn)中，不單每一個因素對結(jié)果有影響，兩個因素的不同水平相組合對結(jié)果也會產(chǎn)生影響。在方差分析中叫做交互效應(yīng)。三、主要儀器設(shè)備及耗材計算機(jī)一臺，origin軟件 第二部分：實(shí)驗(yàn)調(diào)試與結(jié)果分析一、 調(diào)試過程在7個不同的實(shí)驗(yàn)室對某材料的鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行測量，每個實(shí)驗(yàn)室測量了6次，測量結(jié)果列入表5-1。試通過方差分析探討不同實(shí)驗(yàn)室因素對測量結(jié)果是否有顯著性影響。表5-1測量次數(shù)實(shí)驗(yàn)室1實(shí)驗(yàn)室2實(shí)驗(yàn)室3實(shí)驗(yàn)室4實(shí)驗(yàn)室5實(shí)驗(yàn)室6實(shí)驗(yàn)室712.0652.0732.0802.0972.0532.0842.05222.0812.0812.0902.1092.0552.0442.06132.0812.07

4、72.0702.0732.0502.0842.07342.0642.0502.0802.0892.0592.0762.03652.1072.0772.0902.0972.0532.0932.04862.0772.0772.1002.0972.0612.0732.040擬用origin軟件進(jìn)行雙因素方差分析該組數(shù)據(jù)。運(yùn)用origin進(jìn)行分析1、在Origin工作表中輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖5-1所示。圖5-12. 依次選擇stastistics-anova-one way anova。打開對話框后選擇要分析的數(shù)據(jù)，按因素影響正確輸入。如圖5-2所示。圖5-23. 在significance level

5、選擇0.05點(diǎn)擊ok得計算結(jié)果。如圖5-3所示。圖5-32、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析origin方差分析的結(jié)果采用origin單因素方差分析，F(xiàn)值計算結(jié)果為8.68974，計算所得的概率為0.00001，由此可見實(shí)驗(yàn)室對測量結(jié)果的影響為高度顯著。習(xí)題一 為確定三種不同加熱溫度和三種不同的保溫時間對退火后T8硬度（HBW）的影響，為此，對每種水平組合重復(fù)測硬度4 次，測得數(shù)據(jù)列入表5-2，試分析各因素及因素之間交互作用的顯著性。（提示：采用雙因素方差分析）表5-2溫度/時間/min204060720750780130,155,174,180134,140,180,150120,170,182,15815

6、0,188,159,126136,122,106,115122,170,158,145138,110,168,160174,120，150,13996，104,182,1601.在sheet1中輸入要分析的數(shù)據(jù)：如下圖5-4。圖5-42.依次選擇stastistics-anova-two way anova。打開對話框后選擇要分析的數(shù)據(jù)，按因素影響正確輸入。如圖5-5所示。圖5-53. 在significance level 選擇0.05點(diǎn)擊ok得計算結(jié)果。如圖5-6所示。圖5-6結(jié)論：溫度和時間對退火后T8鋼硬度都沒有顯著影響，而且二者無交互作用。習(xí)題二為研究焊接溫度和焊接時間對焊點(diǎn)強(qiáng)度的影

7、響，測試了不同焊接溫度（因素A）和焊接時間（因素B）下的焊接點(diǎn)強(qiáng)度（MPa)，測試結(jié)果列入表5-3。用方差分析法檢驗(yàn)兩個因素之間是否存在交互作用及其對焊接點(diǎn)強(qiáng)度的影響。表5-3焊接時間/s(因素B)焊接溫度/ (因素A)36039055.6,5.86.9,7.277.1,6.35.0，4.51. 在sheet1中輸入要分析的數(shù)據(jù)：如下圖5-7。圖5-72.依次選擇stastistics-anova-two way anova.打開對話框后選擇要分析的數(shù)據(jù)，按因素影響正確輸入。如圖5-8。圖5-83.在significance level 選擇0.05點(diǎn)擊ok得計算結(jié)果。如圖5-9。圖5-9結(jié)論

8、：焊接溫度和焊接時間對焊點(diǎn)強(qiáng)度都沒有顯著影響，但二者的交互作用對焊點(diǎn)強(qiáng)度的影響高度顯著。習(xí)題三對某高速工具鋼銑刀進(jìn)行等溫淬火工藝實(shí)驗(yàn)，以考察等溫溫度（因素A)和淬火溫度（因素B)對銑刀硬度（HRC）的影響（已知等溫溫度和淬火溫度對銑刀硬度的影響無交互作用）。根據(jù)專業(yè)知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，等溫溫度和淬火溫度各取3個水平，按析因?qū)嶒?yàn)安排實(shí)驗(yàn)方案，因素水平及實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5-4。試判斷在所選的水平范圍內(nèi)，等溫溫度和淬火溫度對高速工具鋼銑刀的硬度影響是否顯著（提示：等溫溫度選擇(2，4)=18，淬火溫度選擇(2，4)=6.94)。表5-4等溫溫度/淬火溫度/12101235125028064666830066

9、6867206567681.在sheet1中輸入要分析的數(shù)據(jù)：如圖5-10。圖5-102.依次選擇stastistics-anova-two way anova。打開對話框后選擇要分析的數(shù)據(jù)，按因素影響正確輸入。如圖5-11。圖5-113.等溫溫度（因素A）設(shè)置Significant參數(shù)為0.01，淬火溫度（因素B）設(shè)置Significant參數(shù)為0.05。點(diǎn)擊ok得計算結(jié)果。如圖5-12。圖5-12綜合分析：根據(jù)方差分析，計算得FA=1.01，F(xiàn)0.01（2，4）=18 比F0.01小；計算得FB=7.42，F(xiàn)0.05（2，4）=6.94 比F0.05大。即在所選水平范圍內(nèi)，等溫溫度的水平變

10、化對硬度無顯著影響，而淬火溫度的水平變化對硬度的影響顯著。3、 實(shí)驗(yàn)小結(jié)、建議及體會 在本次實(shí)驗(yàn)中，雖然操作并不困難，但是因?yàn)槲宜玫陌姹竞蛥⒖紩系牟灰粯?，我還是遇到了一定的麻煩，在詢問過同學(xué)之后，很簡單的就做好了?？傮w來說這是一個很簡單的試驗(yàn)，應(yīng)用范圍也非常廣，我相信對以后會有很大幫助。實(shí)驗(yàn)課程名稱：計算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)6 材料實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)方差分析實(shí)驗(yàn)成績實(shí)驗(yàn)者專業(yè)班級材科1206班組別同組者無實(shí)驗(yàn)日期2015.5.23第一部分：實(shí)驗(yàn)分析與設(shè)計一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容描述1、掌握正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計方法，對材料科學(xué)與工程中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計。2、用正交試驗(yàn)設(shè)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對實(shí)驗(yàn)

11、結(jié)果進(jìn)行分析。2、 實(shí)驗(yàn)基本原理與設(shè)計 正交實(shí)驗(yàn)法就是利用排列整齊的表 -正交表來對試驗(yàn)進(jìn)行整體設(shè)計、綜合比較、統(tǒng)計分析，實(shí)現(xiàn)通過少數(shù)的實(shí)驗(yàn)次數(shù)找到較好的生產(chǎn)條件，以達(dá)到最高生產(chǎn)工藝效果。正交表能夠在因素變化范圍內(nèi)均衡抽樣，使每次試驗(yàn)都具有較強(qiáng)的代表性，由于正交表具備均衡分散的特點(diǎn)，保證了全面實(shí)驗(yàn)的某些要求，這些試驗(yàn)往往能夠較好或更好的達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。 正交實(shí)驗(yàn)法兼顧了全面實(shí)驗(yàn)法和簡單比較法的優(yōu)點(diǎn)： 1. 實(shí)驗(yàn)點(diǎn)代表性強(qiáng)，試驗(yàn)次數(shù)少 2. 不需要做重復(fù)試驗(yàn)，就可以估計實(shí)驗(yàn)誤差 3. 可以分清因素主次 4.

12、 可以使用數(shù)理統(tǒng)計的方法處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果   采用“正交設(shè)計助手”軟件：“正交設(shè)計助手”軟件為正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計中繁瑣的實(shí)驗(yàn)安排表設(shè)計和結(jié)果分析提供了一個輔助工具。使用該軟件可以完成一般的正交設(shè)計。運(yùn)行該軟件，選取正交表，輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，單擊“分析”下拉菜單得到實(shí)驗(yàn)計劃表。三、主要儀器設(shè)備及耗材計算機(jī)一臺，正交設(shè)計助手軟件 第二部分：實(shí)驗(yàn)調(diào)試與結(jié)果分析一、調(diào)試過程 為提高某產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率，選擇了三個有關(guān)的因素進(jìn)行條件實(shí)驗(yàn)，分別為反應(yīng)溫度(A)、反應(yīng)時間（B）、用堿量（C），并確定了它們的實(shí)驗(yàn)范圍：A:80-90B:90-150minC:5%-7% 本實(shí)驗(yàn)的目的是弄清A、B、C對

13、轉(zhuǎn)化率的影響，實(shí)驗(yàn)指標(biāo)為轉(zhuǎn)化率，因此確定因素、水平表見表6-1。選取L9(34)正交表安排實(shí)驗(yàn)，得到轉(zhuǎn)化率實(shí)驗(yàn)結(jié)果列入表6-2。表6-1 因素、水平表水平因素溫度/時間/min用堿量/（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）18090528512063901507表6-2 用L9(34)正交表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所得轉(zhuǎn)化率結(jié)果列號123轉(zhuǎn)化率因素溫度/時間/min用堿量/（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）實(shí)驗(yàn)18090531實(shí)驗(yàn)280120654實(shí)驗(yàn)380150738實(shí)驗(yàn)48590653實(shí)驗(yàn)585120749實(shí)驗(yàn)685150542實(shí)驗(yàn)79090757實(shí)驗(yàn)890120562實(shí)驗(yàn)990150664（1）用正交表安排實(shí)驗(yàn)選取正交表L9(34)，按表6-

14、1各試驗(yàn)號中規(guī)定的水平組合進(jìn)行9次試驗(yàn)如表6-2。（2）采用“正交設(shè)計助手”軟件運(yùn)行該軟件，選取正交表L9(34)，輸入試驗(yàn)數(shù)據(jù)，單擊“分析”下拉菜單得到實(shí)驗(yàn)計劃表，如圖6-1所示。圖6-1（3）極差分析 各列的極差是不相等的，這說明各因素的水平改變對試驗(yàn)結(jié)果的影響是不相同的，極差越大，表示該列因素的數(shù)值在試驗(yàn)范圍內(nèi)的變化，會導(dǎo)致試驗(yàn)指標(biāo)在數(shù)值上有更大的變化，所以極差最大的那一列，就是因素的水平對試驗(yàn)結(jié)果影響最大的因素，也就是最主要的因素。在本實(shí)驗(yàn)中由于KA>KB>KC，所以所以各因素從主到次的順序?yàn)锳，B，C。在“正交設(shè)計助手”軟件中，單擊“直觀分析”按鈕，對正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直觀

15、分析和計算，如圖6-2所示。圖6-2（4）結(jié)果描述 單擊“因素指標(biāo)”按鈕，即可得到各因素效應(yīng)水平圖，如圖6-3所示。圖6-32、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析優(yōu)方案的確定 在本實(shí)驗(yàn)中，試驗(yàn)指標(biāo)是轉(zhuǎn)化率，指標(biāo)越大越好，所以應(yīng)挑選每個因素的k1，k2，k3中最大的值對應(yīng)的那個水平，由于： A因素列：k3>k2>k1 B因素列：k2>k3>k1 C因素列：k3=k2>k1所以優(yōu)方案可選取為A3B2C2，但是考慮到B因素為次要因素，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不大，而降低溫度有利于降低消耗、提高效率故選取的優(yōu)方案改為A3B1C2。習(xí)題一 HAP生產(chǎn)工藝正交實(shí)驗(yàn)最優(yōu)條件設(shè)計。羥基磷灰石是一類生物陶瓷材

16、料。利用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計法的原理，將濕法制備羥基磷灰石的幾個重要因素，如反應(yīng)物濃度、回流時間、氫氧化鈉濃度、陳華時間作為正交表的實(shí)驗(yàn)因子，并分別擬定了三個水平，建立正交實(shí)驗(yàn)表L9(34)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，HAP生產(chǎn)工藝正交實(shí)驗(yàn)因子表以及實(shí)驗(yàn)安排和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別見表6-3和表6-4.表6-3 HAP生產(chǎn)工藝正交實(shí)驗(yàn)因子表水平Ca(NO3)2初始濃度/(mol/L)回流時間/hNaOH濃度/(mol/L)陳華時間/h10.18710.25120.41820.5230.93541.04按正交表各實(shí)驗(yàn)號中規(guī)定的水平組合進(jìn)行9次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表6-4。試分析各因子對HAP產(chǎn)率的影響及制備HAP的最優(yōu)條件。表6

17、-4實(shí)驗(yàn)安排和實(shí)驗(yàn)結(jié)果列號1234因素起始濃度/(mol/L)回流時間/hNaOH濃度/(mol/L)陳華時間/h實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)10.18710.25193.4實(shí)驗(yàn)20.18720.5289.2實(shí)驗(yàn)30.18741466.0實(shí)驗(yàn)40.41810.5488.8實(shí)驗(yàn)50.41821175.5實(shí)驗(yàn)60.41840.25256.9實(shí)驗(yàn)70.93511282.1實(shí)驗(yàn)80.93520.25465.4實(shí)驗(yàn)90.93540.5153.11.（1）用正交表安排實(shí)驗(yàn) 選取正交表L9（34），按表6-4各試驗(yàn)號中規(guī)定的水平組合進(jìn)行9次試驗(yàn)。（2）采用“正交設(shè)計助手”軟件 運(yùn)行該軟件，選取正交表L9(34)，輸入試驗(yàn)數(shù)

18、據(jù)，單擊“分析”下拉菜單得到實(shí)驗(yàn)計劃表，如圖6-4所示。圖6-4（3）極差分析 在“正交設(shè)計助手”軟件中，單擊“直觀分析”按鈕，對正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直觀分析和計算，如圖圖6-5所示。在本實(shí)驗(yàn)中由于KB>KAKC>KD，所以各因素從主到次的順序?yàn)锽，A，C，D。圖6-5（4）結(jié)果描述 單擊“因素指標(biāo)”按鈕，即可得到各因素效應(yīng)水平圖，如圖6-6所示。圖6-6（5）優(yōu)方案的確定 由效應(yīng)曲線圖可知，優(yōu)方案可選取為A1B1C2D3。習(xí)題二 高速工具鋼熱處理工藝優(yōu)化。通過實(shí)驗(yàn)確定W6Mo5Cr4V2高速工具鋼的最佳熱處理工藝。根據(jù)W6Mo5Cr4V2高速工具鋼的等溫淬火熱處理工藝，該材料的淬火溫

19、度和等溫溫度范圍分別為1210-1250和280-320。要求了解等溫溫度、淬火溫度和等溫時間對沖擊吸收能量、抗彎強(qiáng)度和硬度的影響。W6Mo5Cr4V2高速工具鋼的熱處理工藝水平、因素安排見表6-6，選擇L9(34)正交表安排實(shí)驗(yàn)，力學(xué)性能結(jié)果見表6-7。試分析W6Mo5Cr4V2高速工具鋼的最佳熱處理工藝。表6-6 W6Mo5Cr4V2高速工具鋼的熱處理工藝水平、因素安排水平等溫溫度/淬火溫度/等溫時間/h128012101230012352332012503表6-7力學(xué)性能統(tǒng)計表實(shí)驗(yàn)號A B C 空列1 2 3 4沖擊吸收能量/J撓度/mm抗彎強(qiáng)度/MPa硬度/HRC1L9(34)47.0

20、4.773-1238.54.5400324.83.5-741429.34.0-260546.04.3-31632.03.8-230.5733.04.527-1842.74.320925.73.5-5211.（1）用正交表安排實(shí)驗(yàn) 選取正交表L9（34），按表6-7各試驗(yàn)號中規(guī)定的水平組合進(jìn)行9次試驗(yàn)。（2）采用“正交設(shè)計助手”軟件運(yùn)行該軟件，選取正交表L9（34），輸入試驗(yàn)數(shù)據(jù)，單擊“分析”下拉菜單得到實(shí)驗(yàn)計劃表。（3）極差分析在“正交設(shè)計助手”軟件中，單擊“直觀分析”按鈕，對正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直觀分析和計算，如圖6-7(a)，6-7(b)，6-7(c)，6-7(d)所示。 6-7(a) 沖擊吸

21、收能量 6-7(b) 撓度 6-7(c) 抗彎強(qiáng)度 6-7(d) 硬度（4）結(jié)果描述 單擊“因素指標(biāo)”按鈕，即可得到各因素效應(yīng)水平圖，如圖6-8(a)，6-8(b)，6-8(c)，6-8(d)所示。6-8(a) 沖擊吸收能量6-8(b) 撓度6-8(c) 抗彎強(qiáng)度6-8(d) 硬度（5）優(yōu)方案的確定由沖擊吸收能量、撓度、抗彎強(qiáng)度和硬度這四者的效應(yīng)曲線圖可知，優(yōu)方案可分別選取為A1B2C1，A1B1C1，A1B1C1，A2B3C2，但是考慮到次要因素，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不大，而降低溫度有利于降低消耗、提高效率故選取的優(yōu)方案還有很多，具體方案根據(jù)實(shí)際情況來定。習(xí)題三 用正交設(shè)計研究工藝對AlN/ZL1

22、01原位復(fù)合材料硬度的影響。實(shí)驗(yàn)工藝為純鋁熔化后，在700左右加入硅和鎂，繼續(xù)加熱升溫到950-1050時，用底吹法通過石英玻璃管向密封溶液中通入氮?dú)猓髁靠刂圃?0moL/min，時間控制在35-65min，然后降溫到750趴渣，金屬型澆注試樣。試分析Mg含量和工藝對AlN/ZL101性能的影響。因素、水平表見6-8，正交實(shí)驗(yàn)安排和實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6-9.表6-8 因素、水平表水平因素Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）溫度/時間/min119503521.510005032.5105065表6-9 正交實(shí)驗(yàn)安排和實(shí)驗(yàn)結(jié)果列號1234實(shí)驗(yàn)結(jié)果因素Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）溫度/時間/min硬度HBW抗拉強(qiáng)度/MPa伸長率

23、（%）實(shí)驗(yàn)111111042902.9實(shí)驗(yàn)21222119.33284.4實(shí)驗(yàn)31333962821.9實(shí)驗(yàn)42122107.3292.52.8實(shí)驗(yàn)52233102.4289.82.7實(shí)驗(yàn)62311114.32942.4實(shí)驗(yàn)7313380.22442.9實(shí)驗(yàn)8321185.42532.5實(shí)驗(yàn)9332292.72642.61.（1）用正交表安排實(shí)驗(yàn)選取正交表L9（34），按表6-9各試驗(yàn)號中規(guī)定的水平組合進(jìn)行9次試驗(yàn)。 （2）采用“正交設(shè)計助手”軟件運(yùn)行該軟件，選取正交表L9（34），輸入試驗(yàn)數(shù)據(jù)，單擊“分析”下拉菜單得到實(shí)驗(yàn)計劃表，如圖所示。（3）極差分析在“正交設(shè)計助手”軟件中，單擊“直觀分

24、析”按鈕，對正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直觀分析和計算，如圖6-9(a)，6-9(b)，6-9(c)所示。 6-9(a) 硬度 6-9(b) 抗拉強(qiáng)度6-9(c) 伸長率（4）結(jié)果描述單擊“因素指標(biāo)”按鈕，即可得到各因素效應(yīng)水平圖，如圖6-10(a)，6-10(b)，6-10(c)所示。6-10(a) 硬度6-10(b) 抗拉強(qiáng)度6-9(c) 伸長率（5）優(yōu)方案的確定由硬度、抗拉強(qiáng)度和伸長率的效應(yīng)曲線圖可知，優(yōu)方案可選取為A2B2C2，A1B2C2，A1B2C2，但是考慮到次要因素，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不大，還有其他的更優(yōu)化條件，這應(yīng)視實(shí)際情況而定。習(xí)題四 用正交設(shè)計研究某無機(jī)材料成分對彈性模量的影響。某無機(jī)材

25、料的成分見表6-10，球材料組成對彈性模量的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求按L9(34)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，彈性模量的測試結(jié)果見表6-11。表6-10 某無機(jī)材料的成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）水平SiO2Na2OK2OCaO1727.268.1612.682746.767.6611.683766.267.1610.68表6-11 按L9(34)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的彈性模量測試結(jié)果實(shí)驗(yàn)號1234實(shí)驗(yàn)結(jié)果111117.2636212227.2582313337.2456421137.201522217.3130623327.2560731127.2558832237.1988933317.30861.（1）用正交表安排實(shí)驗(yàn)選取正交表L9（3

26、4），按表6-12各試驗(yàn)號中規(guī)定的水平組合進(jìn)行9次試驗(yàn)。 （2）采用“正交設(shè)計助手”軟件運(yùn)行該軟件，選取正交表L9（34），輸入試驗(yàn)數(shù)據(jù)，單擊“分析”下拉菜單得到實(shí)驗(yàn)計劃表。（3）極差分析 在“正交設(shè)計助手”軟件中，單擊“直觀分析”按鈕，對正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直觀分析和計算，如圖6-11所示。在本實(shí)驗(yàn)中由于KC>KB>KD>KA，所以各因素從主到次的順序?yàn)镃，B，D，A。圖6-11（4）結(jié)果描述 單擊“因素指標(biāo)”按鈕，即可得到各因素效應(yīng)水平圖，如圖6-12所示。圖6-12（5）優(yōu)方案的確定由效應(yīng)曲線圖可知，優(yōu)化方案可以有多種，由于考慮到次要因素與主要因素區(qū)分不明顯，所以優(yōu)化方案要

27、視具體的實(shí)驗(yàn)條件而定。習(xí)題五 用正交設(shè)計研究聚四氟乙烯中加入的填料對靜摩擦因數(shù)與動摩擦因數(shù)之差的影響。聚四氟乙烯由于具有摩擦因數(shù)小、耐磨性差和蠕變現(xiàn)象等缺點(diǎn)可以通過在聚四氟乙烯中加入填料使其成為復(fù)合材料而得到改善。 采用正交實(shí)驗(yàn)方法研究在聚四氟乙烯中添加銅粉、石墨、玻璃纖維和MoS2對摩擦性能的影響。由于摩擦實(shí)驗(yàn)采用45鋼作為摩擦副，其表面粗糙度也對摩擦性能有重要的影響，因此要考慮45鋼表面粗糙度的影響。銅粉、石墨、玻璃纖維和MoS2添加的體積分?jǐn)?shù)分別為20%-35%、5%-20%和3%-6%，45鋼表面粗糙度Ra值為0.4-3.2um。根據(jù)斯特里貝克摩擦力模型靜摩擦因數(shù)和滑動摩擦因數(shù)的差值越

28、小，其性能越好，因此采用靜摩擦因數(shù)與滑動摩擦因數(shù)之差作為實(shí)驗(yàn)評定指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)要考察五因素四水平，故采用L1645型正交表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計。正交實(shí)驗(yàn)方案見表6-12，根據(jù)L1645型正交表涉及的實(shí)驗(yàn)方案和得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果列入表6-13.表6-12 正交實(shí)驗(yàn)方案水平銅粉體積分?jǐn)?shù)（%）石墨體積分?jǐn)?shù)（%）玻璃纖維體積分?jǐn)?shù)（%）MoS2體積分?jǐn)?shù)（%）表面粗糙度Ra1205530.422571040.833091551.6435112063.2表6-13 根據(jù)L1645型正交表涉及的實(shí)驗(yàn)方案和得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)號銅粉石墨玻璃纖維MoS2表面粗糙度實(shí)驗(yàn)方案F靜-滑實(shí)驗(yàn)111111A1B1C1D1E10.00798實(shí)

29、驗(yàn)212222A1B2C2D2E20.0226實(shí)驗(yàn)313333A1B3C3D3E30.0284實(shí)驗(yàn)414444A1B4C4D4E40.0459實(shí)驗(yàn)521234A2B1C2D3E40.0359實(shí)驗(yàn)622143A2B2C1D4E30.0202實(shí)驗(yàn)723412A2B2C4D1E20.00926實(shí)驗(yàn)824321A2B4C3D2E10.00601實(shí)驗(yàn)931342A3B1C3D4E20.00916實(shí)驗(yàn)1032431A3B2C4D3E10.0292實(shí)驗(yàn)1133124A3B3C1D2E40.0179實(shí)驗(yàn)1234213A3B4C2D1E30.00588實(shí)驗(yàn)1341423A4B1C4D2E30.00914實(shí)驗(yàn)14

30、42314A4B1C4D2E30.0327實(shí)驗(yàn)1543241A4B3C2D4E20.0117實(shí)驗(yàn)1644132A4B4C1D3E10.0319 1.（1）用正交表安排實(shí)驗(yàn)選取正交表L9（34），按表6-6各試驗(yàn)號中規(guī)定的水平組合進(jìn)行9次試驗(yàn)。 （2）采用“正交設(shè)計助手”軟件運(yùn)行該軟件，選取正交表L9（34），輸入試驗(yàn)數(shù)據(jù)，單擊“分析”下拉菜單得到實(shí)驗(yàn)計劃表。（3）極差分析 在“正交設(shè)計助手”軟件中，單擊“直觀分析”按鈕，對正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直觀分析和計算，如圖6-13所示。在本實(shí)驗(yàn)中由于KE>KD>KA=KB>KC，所以各因素從主到次的順序?yàn)镋，D，A，B，C。圖6-13（4）

31、結(jié)果描述單擊“因素指標(biāo)”按鈕，即可得到各因素效應(yīng)水平圖，如圖6-14所示。圖6-14（5）優(yōu)方案的確定由效應(yīng)曲線圖可知，優(yōu)方案可選取為A1B2C4D3E4，但是考慮到C因素為次要因素，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不大，而降低溫度有利于降低消耗、提高效率故選取的優(yōu)方案改為A1B2C2D3E4。三、實(shí)驗(yàn)小結(jié)、建議及體會 本次的試驗(yàn)操作簡便，使用方便，應(yīng)用范圍非常廣，分析也簡單易懂。我相信這個軟件對我以后的學(xué)習(xí)工作將會有很大幫助。實(shí)驗(yàn)課程名稱：計算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)9 理想溶液二元相圖計算實(shí)驗(yàn)成績實(shí)驗(yàn)者專業(yè)班級材科1206班組別同組者無實(shí)驗(yàn)日期2015年5月23日第一部分：實(shí)驗(yàn)分析與設(shè)計一

32、、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容描述1、了解相圖在材料科學(xué)和工程中的意義及理想溶液二元勻晶相圖的計算方法。2、學(xué)會使用C語言或其它語言編程計算理想溶液的二元勻晶相圖。3、了解當(dāng)前國內(nèi)外相圖計算軟件現(xiàn)狀，用相圖計算軟件進(jìn)相圖計算。二、實(shí)驗(yàn)基本原理與設(shè)計1理想溶液相圖計算理論 理想液態(tài)混合物中任意一組分B的化學(xué)勢為：=+RTln，對于1mol理想液態(tài)混合物來說，結(jié)合化學(xué)勢的定義，上式可以寫成：=+RTln（1）設(shè)指定的溫度、壓力下，B物質(zhì)有、兩相存在，達(dá)到平衡時，則有：=（2）在我們研究的系統(tǒng)中，有A、B兩組分存在，對于組分A，將式（1）代入（2）式得：多項(xiàng)整理得： （3）同理可得： （4）利用（3）和（4）式即可計算

33、理想溶液平衡兩相的組成。2相圖計算軟件簡介 目前集成熱化學(xué)數(shù)據(jù)庫和相圖計算軟件的系統(tǒng)主要包括瑞典皇家工學(xué)院材料科學(xué)與工程系為主開發(fā)的 Thermo-Calc 系統(tǒng)和加拿大蒙特利爾多學(xué)科性工業(yè)大學(xué)計算熱力學(xué)中心為主開發(fā)的 FACT（Facility for the Analysis of Chemical Thermodynamics）系統(tǒng)。這些軟件的共同特點(diǎn)是集成了具有自洽性的熱化學(xué)數(shù)據(jù)庫和先進(jìn)的計算軟件。 Pandat合金相圖軟件與熱力學(xué)計算軟件是美國CompuThermLLC公司開發(fā)的用于計算多元合金相圖和熱力學(xué)性能的軟件包?？捎糜谟嬎愣喾N合金的標(biāo)準(zhǔn)平衡相圖和熱力學(xué)性能，用戶也可使用自己的

34、熱力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行相圖與熱力學(xué)計算。三、主要儀器設(shè)備及耗材 計算機(jī)一臺，pandat8.1,Matlab7.0。 第二部分：實(shí)驗(yàn)調(diào)試與結(jié)果分析1、 調(diào)試過程1、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 以NiO-MgO體系為例進(jìn)行計算。以純液態(tài)NiO作為NiO的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，純固態(tài)MgO作為MgO的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，則和近似計算式為 (1) (2) 將（1）和（2）式用于NiO-MgO系，設(shè)液相（l）為，固相（s）為，則有： (3) 同理可得： (4) 又因?yàn)椋瑒t（1）式可寫成： (5) 聯(lián)立（3）和式（4）得： （6） （7）由（6）和式（7）即可計算得到NiO-MgO的完全固溶體相圖。2、用Matlab繪制相圖1）打開Matlab軟件，點(diǎn)擊

35、菜單中File/New/M-File，建立一個Editor。2）用英文輸入法輸入下列源程序代碼，回車得到窗口“Figure 1”，NiO-MgO二元相圖，如圖9-1、9-2。圖 9-1圖9-23、用Matlab+Origin繪制相圖1）打開Matlab軟件，點(diǎn)擊菜單中File/New/M-File，建立一個Editor。2）用英文輸入法輸入源程序代碼。如圖9-3所示。圖 9-33、將源程序代碼復(fù)制粘貼到“Command Window”，回車，得到“Workspace”。計算不同溫度的xmgol（液相MgO)含量與xmgos（固相MgO)含量。如圖9-4、9-5所示。圖9-4圖9-54、將“Wo

36、rkspace”里“T”、“xmgol”、“xmgos”數(shù)據(jù)導(dǎo)入Origin。如圖9-6所示。圖9-65、選中四行數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊下圖“/”。得到NiO-MgO二元相圖，并雙擊線條進(jìn)行設(shè)置，得到下圖9-7、9-8、9-9、9-10、9-11。 圖9-7 圖9-8圖9-9圖9-10圖9-11習(xí)題一 計算繪制Bi-Sb二元相圖。已知Bi-Sb二元相圖均為勻晶相圖，設(shè)該系統(tǒng)為理想溶液。計算并繪出相圖，將計算繪制的相圖與資料中實(shí)測的Bi-Sb二元相圖進(jìn)行比較。和分別為Bi和Sb的標(biāo)準(zhǔn)摩爾自由能。1）打開Matlab軟件，點(diǎn)擊菜單中File/New/M-File，如圖9-1-1，建立一個Editor。2）用英

37、文輸入法輸入源程序代碼。圖9-1-13）將源程序代碼復(fù)制粘貼到“Command Window”，回車，得到“Workspace”。計算不同溫度的xsbl（液相Sb)含量與xsbs（固相Sb)含量。4）將“Workspace”里“T”、“xsbl”、“xsbs”數(shù)據(jù)導(dǎo)入Origin。如圖9-1-2所示。圖9-1-25）選中四行數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊“/”。得到NiO-MgO二元相圖，并雙擊線條進(jìn)行設(shè)置，得到下圖9-1-3、9-1-4、9-1-5。圖9-1-3圖9-1-4圖9-1-5圖9-1-5習(xí)題二 理想溶液Mo-Ru二元共晶相圖的計算與繪制。 已知 其中和分別為各相的標(biāo)準(zhǔn)摩爾自由能。設(shè)L、均為理想溶液，兩

38、相平衡時同一組員在兩相中的化學(xué)位相等。給定一系列溫度，分別計算L-、L-、-三種兩相平衡的成分，作圖找出共晶溫度。可用解析法計算，也可編程靜思園。 要求：計算并繪出相圖，將計算繪制的相圖與實(shí)踐Mo-Ru二元共晶相圖進(jìn)行比較。1）打開Matlab軟件，點(diǎn)擊菜單中File/New/M-File，建立一個Editor。用英文輸入法輸入源程序代碼。如圖9-2-1所示。圖9-2-12） 將上述數(shù)據(jù)用Matlab進(jìn)行計算，得到不同溫度條件的x(Ru，l)與x（Ru，s），但是前面的數(shù)據(jù)的計算是按照大溫度范圍（1600-2800）來計算的，在得到初始的圖時需要剔除某些數(shù)據(jù)（可根據(jù)做出原始的圖的交點(diǎn)來進(jìn)行判斷

39、），剔除后的數(shù)據(jù)在origin中如圖9-2-2所示。 圖9-2-2(a) 圖9-2-2(b) 3) 用origin做出處理后的數(shù)據(jù)如圖9-2-3所示。圖9-2-3習(xí)題三 計算Al-Mg-Si三元相圖。采用Pandat8.0軟件計算Al-Mg-Si三元體系在500和600時的等溫截面相圖。1）打開Pandat軟件后依次點(diǎn)擊菜單欄中Database/Load Demo Databse。彈出“Select Components”對話框。如圖9-3-2為實(shí)現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)庫，選擇本實(shí)驗(yàn)要使用的三種元素Al-Mg-Si，點(diǎn)擊“OK”。圖9-3-12）依次點(diǎn)擊菜單欄中的Calculation/Section（2

40、D），彈出新窗口“Calculate Section 2D”。3）由于題目中要求是500攝氏度，而這里是K，所以點(diǎn)圖中“Options”選項(xiàng)，將“Temperature”選項(xiàng)中的點(diǎn)“Celsius”。如圖9-3-2所示。圖9-3-24）在上圖窗口的上級窗口中將溫度設(shè)置為“500”, 點(diǎn)擊“Ok”即可得Al-Mg-Si三元系在500時的等溫相圖。如圖9-3-3所示。圖9-3-35）重復(fù)上述步驟，只是將溫度全部改為600即可。即可得Al-Mg-Si三元系在600時的等溫相圖。如圖9-3-4所示。 圖9-3-4習(xí)題四 計算Al-5Cu-10Mg-3Si相組成。采用PANDAT8.0軟件計算Al-5C

41、u-10Mg-3Si（摩爾分?jǐn)?shù)）鋁合金在500和600時的相組成。1）打開Pandat軟件后依次點(diǎn)擊菜單欄中Database/Load Demo Databse。彈出“Select Components”對話框。如圖9-4-1所示。實(shí)現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)庫，選擇本實(shí)驗(yàn)要使用的三種元素Cu-Al-Mg-Si，點(diǎn)擊“OK”。圖9-4-12）依次點(diǎn)擊菜單欄中的Calculation/Point（0D），彈出新窗口“Calculate Point(0D)”。3） 在空格處輸入溫度500，各組分的組成，xAL= 0.82，xCU=0.05 ，xAL=0.1 ，xAL=0.03。如圖9-4-2所示。圖9-4-24）

42、 點(diǎn)擊“OK”后生成成分為Al-5Cu-10Mg-3Si的Al合金在500的相組成，各相的成分和各相的Gibbs自由能。如圖9-4-3所示。 圖9-4-3(a) 圖9-4-3(b) 圖9-4-3(c) 圖9-4-3(d) 5)重新設(shè)置溫度為600生成成分為Al-5Cu-10Mg-3Si的Al合金在600的相組成，各相的成分和各相的Gibbs自由能。如圖圖9-4-4所示。圖9-4-42、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析1.實(shí)驗(yàn)結(jié)果描述和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析例題 如下圖9-5-1、9-5-2所示，兩曲線很好吻合。圖9-5-1圖9-5-2習(xí)題一 就試驗(yàn)結(jié)果（圖9-5-3）與書本上資料所比對，可知計算結(jié)果與實(shí)際相吻合，該體系

43、符合理想溶液類型。圖9-5-3 習(xí)題二 所得相圖與資料中的相圖有一定的誤差，說明Mo-Ru體系偏離理想溶液模型。習(xí)題三 500、600的相圖分別如下圖9-5-4、9-5-5所示。圖9-5-4 500圖9-5-5 600習(xí)題四 下列為分析成分為Al-5Cu-10Mg-3Si 的Al合金在500和600的相組成，各相的成分和各相的Gibbs自由能。 由下表一和二得出的數(shù)據(jù)可知： 在500時，有4個穩(wěn)定的相存在，他們是MG2SI、Fcc-A1、S、ALCU_THETA. 在600時，只有一個穩(wěn)定的液相，說明整個合金全部液化。表一 Al-5Cu-10Mg-3Si鋁合金500的相組成計算結(jié)果X(Al)(

44、%)82X(CU)(%)5X(Mg)(%)10X(Si)(%）3G/(J/mol)-33615.6穩(wěn)定相SiFcc-AlS相-CuA體積分?jǐn)?shù)0.08792960.7769070.1026190.0325443G/(J/mol)-45777.1-30204.2-45873.3-43554.4H/(J/mol)-8952.4313123.1-3680.33-2081.01S/J/(K·mol)47.629456.0454.572853.6292 J/(K·mol)28.515930.296529.451329.4611X(Al)(%)-0.961030.50.677839X(C

45、u)(%）-0.01784090.250.322161X(Mg)(%)0.6666670.02024110.25-X(Si)(%)0.3333330.000888293-表二 Al-5Cu-10Mg-3Si鋁合金600的相組成計算結(jié)果X(Al)(%)82X(CU)(%)5X(Mg)(%)10X(Si)(%）3G/(J/mol)-40257.2穩(wěn)定相液相體積分?jǐn)?shù)1G/(J/mol)-40257.2H/(J/mol)24505.6S/J/(K·mol)74.1714J/(K·mol)30.5144X(Al)(%)82X(Cu)(%）5X(Mg)(%)1X(Si)(%)3三、實(shí)驗(yàn)

46、小結(jié) 相圖是非常重要的一部分，對于金屬材料，相圖也是分析它們的必用材料，初次使用PANDAT8.0還是比較順利的，它的功能非常強(qiáng)大，對合金的成分分析，相圖計算，等溫截面計算等都能準(zhǔn)確的模型。相信對以后的學(xué)習(xí)生活會有很大幫助。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖實(shí)驗(yàn)成績實(shí)驗(yàn)者專業(yè)班級材科1206班組別同組者實(shí)驗(yàn)日期2015.5.23第一部分：實(shí)驗(yàn)分析與設(shè)計1、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容描述1、了解鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖的概念及其應(yīng)用。2、了解鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖的測量方法，利用熱模擬機(jī)建立鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖。二、實(shí)驗(yàn)基本原理與設(shè)計1、基本原理 奧氏體：碳溶解在鐵中形成的一種間隙固溶體，呈面心立方結(jié)構(gòu)，無磁性。奧氏體是一般鋼在高

47、溫下的組織，其存在有一定的溫度和成分范圍。 珠光體：奧氏體(奧氏體是碳溶解在Fe中的間隙固溶體)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的鐵素體與滲碳體的共析體。貝氏體：低合金鋼在中溫等溫下可獲得一種高溫轉(zhuǎn)變及低溫轉(zhuǎn)變相異的組織。2、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計 根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，要繪出七個不同冷卻速度下的冷速曲線和材料CCT曲線，并進(jìn)行分析，故本實(shí)驗(yàn)采用origin軟件繪圖。3、實(shí)驗(yàn)手段的確定及步驟 繪制冷卻速率曲線時，取起始溫度為910，根據(jù)不同的冷卻速率繪出冷卻曲線；再把珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變開始、轉(zhuǎn)變結(jié)束時測得的相關(guān)數(shù)據(jù)繪制到冷卻圖線中，根據(jù)最終的圖形進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)圖形分析。三、主要儀器設(shè)備及耗材計算機(jī)一臺，origin軟件第二部

48、分：實(shí)驗(yàn)調(diào)試與結(jié)果分析（可加頁）一、調(diào)試過程 研究項(xiàng)目中測得無碳化物貝/馬（CFB/M）復(fù)相高強(qiáng)鋼新材料的數(shù)據(jù)如下： 奧氏體化溫度910； 臨界點(diǎn)溫度：Ac3=807；Ac1=769；Ms=295；Mf=160珠光體轉(zhuǎn)變開始數(shù)據(jù)如表11-1。表11-1溫度/670660600592579530510480時間/s6747349588045519854211606086珠光體轉(zhuǎn)變結(jié)束數(shù)據(jù)如表11-2。表11-2溫度/620581540時間/s8348645010261 貝氏體轉(zhuǎn)變開始溫度如表11-3。溫度/290333355386410437時間/s9516033674814736704貝氏體轉(zhuǎn)

49、變結(jié)束溫度如表11-4。表11-4溫度/160194212240265時間/s21544794319318904根據(jù)給出的四組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、要求繪出冷速（如表11-5所示）曲線和材料CCT曲線，并給出分析。表11-51234567冷速（/s）73.51.560.70.350.070.0351、鼠標(biāo)左鍵雙擊，打開origin軟件，選取菜單命令filenew,打開如下界面，如圖11-1所示。 圖11-1 選中Project,單擊OK，新建一個項(xiàng)目文件。2、在新建的項(xiàng)目文件中，單擊，顯示如圖11-2: 圖11-2雙擊x軸，在出現(xiàn)的X Axis-Layer 1中按圖11-3進(jìn)行設(shè)置：選擇DisplayScientific:1E3。圖11-3 對Tick Labels設(shè)置完成后，單擊Scale，按圖11-4對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置后單擊“確定”，完成對X軸的設(shè)置。圖11-4 對Y軸進(jìn)行設(shè)置時，只需改變scale中的相關(guān)參數(shù)，如圖11-5所示。圖-53、在Function