科学试验的设计与分析基础结课论文.doc

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1、2014-2015学年第一学期《科学试验的设计与分析基础》结课论文科学试验的设计与优化在材料科学中的重要性及其应用摘要：材料科学作为一个实验性很强的学科，在学习及研发中会应用到很多的实验方法和科学思想。本文对《科学实验的设计和分析》课程中的重点方法—正交实验法和在材料中最常用的均匀分析法进行重点阐述。关键词：试验设计，正交试验，材料性能正文：实验作为一种认识自然的实践活动，具有特殊的认识论价值。在进行工程科学技术的学习与研究中，掌握科学的实验方法，运用科学的思维进行实验设计与分析非常重要。而材料科学（高分子）则是一个以有机化学

2、为基础，通过分析化学实验、无机化学实验的实际操作来逐渐掌握材料性能并加以利用和研发的学科。实践是检验真理的唯一标准。因此，科学的实验方法不仅对学习初期基础化学实验的理解还是后期在材料研发中的性能比对中都显得尤为重要。材料科学中的实验有区别与一般学科的特点。一、对研究对象进行纯化。在实验过程中，突出主要因素，排除次要的、偶然的因素，简化实验环境。二、创造特殊条件对事物进行研究。探究在一些在非常特殊的环境下才能暴露出来的行动规律。三、实验规模小，周期短，成本低，便于重复操作。实验是一种探索性的活动，难免在多次失败后才会发现一些真相

3、。在一些简单的材料性能比较试验中，“控制变量法”是最常用的方法之一。例如，在“金属材料的拉伸性能”试验中，就要对影响材料拉伸拉伸性能的因素，如材料本身的金属屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率等，以及金属横截面积、温度、湿度等环境因子进行考虑。控制单一变量改变任意变量进行研究。“正交实验法”也是进行材料性能研究中常用的方法之一。例如，蓝色长余辉发光材料是采用高温固相法在碳粉还原气氛下合成的。可以通过正交试验，以初始余辉亮度和余辉时间为评价指标，研究烧结温度、Eu2+、Dy3+以及硼酸的摩尔分数对发光材料余辉性能的影响。选取了

4、对应于每个因素的4个水平条件，设计了4因素4水平的正交试验，探索最佳工艺。因素水平表见表1。表1因素水平表水平温度/摄氏度EU2+/%DY3+/%硼酸/%水平112001110水平212502220水平313003330水平413504440根据表1的因素水平安排，按照L16(4^5)正交表所列条件进行实验得到16个样品。实验结果见表2.表2实验结果样品编号亮度时间/s样品编号亮度时间/s1.111204451.98074201.214125351.1012915701.38393401.118453851.47873051.

5、1215346001.58183751.1314327701.66112251.1416207401.717647301.155161851.812704201.16543175采用极差分析法对实验数据进行处理分析，结果见表3。从表3可以看出影响样品余辉亮度与余辉时间的主次要因素完全吻合。表3因素对余辉时间的影响水平ABCD温度Eu2+含量Dy3+含量硼酸含量1234极差R较优水平主次因素1625175019751870350A32010207016401500570B2123016951920237511145C425152

6、110146011351380D4D>C>B>A经过正交试验设计实验后可得到结论，硼酸的摩尔分数是影响材料荧光余辉的主要因素，而温度则是最次要因素。结论：最优化分析已经被被广泛地应用到科学研究的各个领域中并发挥着巨大的作用，而正交试验则是最常用的方法之一。参考文献：施惠生《材料科学研究中的实验方法》同济大学徐伟伟《金属材料拉伸性能试验方法研究》刘瑞江《正交试验设计和分析方法研究》车剑飞《高分子材料配方均匀设计系统》