运用正交设计快速确定相似材料配比号

《运用正交设计快速确定相似材料配比号》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、运用正交设计快速确定相似材料配比号1.引言在采矿工程学科中，相似模拟实验是煤矿开采室内研究的重要手段，其具有研究周期短、成本低、成果形象直观等特点，可以对影响因素进行重复分析，在煤层开采过程中的岩层移动与覆岩破坏规律研宄中，得到了广泛的应用［1］。相似模拟实验中模型材料是用与原型力学性质相似的材料，按一定比例关系铺设而成的模型，它具有原型结构的全部或主要特征。大多数试验中相似材料的选择与配比都是针对特定的原型条件，所以相似材料的选择、配比对模型材料的物理力学性质有很大影响，对模型实验的成功与否起着决定性作用［2］。2.存在问题通过自己参与和与同学讨论，我发现本校

2、在相似材料模拟试验中对于材料的选择与配比存在很大的问题。在材料的选择中，一般使用石英砂、石膏和石灰按照一定的比例混合，致使材料选择过于单一，对于特殊性质的相似材料缺乏研宄。在材料配比号的选择中，一般根据现有的辽工大的配比表得出配比号，随着各地地质环境的差异，原有的配比标准很难符合实际需要；即使相同的配比号，运用不同地方的原料做出的模型其力学特性也具有差异。在相似材料的配比号选择屮，如果通过改变单一变量的方法去试验，随着变量的增加，试验次数成几何倍数增加，无疑是一项巨大的工程。为了在较短的实验周期内为模型中各岩层找到合适的材料配比，采用正交试验设计进行配比试验，是

3、一种方便、快捷、可靠性高的方法。1.试验过程3.1正交试验方案下面以对煤层的相似材料配比为例，简单介绍一下如何使用正交试验设计快速确定最佳配比号的方法。设原型屮煤层的单轴抗压强度为12.54MPa,原型与模型的几何比为100,容重比为1.6,应力比为160，模型中的单轴抗压强度为78.40KPa［3］。试验中主要考虑石英砂（A）、石灰与石膏含量比（B）和试件含水量（C）三个因素对试验结果的影响，在水中己添加1%的硼砂，所以C因素试件含水量也包含了硼砂的影响。参考已有的材料配比表［4］，合理设置三个因素的三个水平，因素水平表如表1所示。表1煤层配比试验的因素水平水

4、平1煤层23因素A7:18:19:lB6:47:38:2Cl/81/91/10试验中因素水平确定为三因素三水平，根据正交试验原则，选用L9（34）正交表，共九组试验。试验方案如表2所示。表3正交试验力*案试验号123456789A111222333B123123123C1232313123.2试验实施根据正交表安排，按照9组不同的配比进行试验。将按一定比例称量的砂子、石膏、石灰和水，搅拌均匀后装入铁质模具，制作尺寸为100mm见方的试件，考虑到配比试验屮操作及材料误差导致试件强度离散，同一配比试件制作3个，试件制作过程中捣实，试件表面抹平。将试件在制作完成后两天

5、脱模，风干15天，然后进行单轴压缩试验得到单轴抗压强度。3.3试验结果分析采用综合比较直观分析法对正交试验结果进行分析，如表3所示。计算每个因素的各个水平所对应的试验结果的均值，最小值所对应的水平即为最优水平，从而得到各个因素的最佳水平组合。如果得到的水平组合不在试验方案之中，需要增加试验，结果与原试验最佳方案比较。同时根据各水平试验结果的均值基数按各因素的极差，极差越大说明对试验影响越大。表中Ij、Ilj、Illj分别为各因素三个水平下试验结果之和，Ij、IIj、Illj则分别为Ij、IIj、Illj的均值。表3煤层模拟试验结果分析试验号123456789Ij

6、IljIII]IjIljIllj极差All1222333328.800298.800200.800109.60099.60066.90042.700B123123123380.800286.800160.900126.60095.60053.60073.300C123231312285.800273.800268.80095.30091.30089.6005.700试验指标125.600122.60080.600145.60078.60074.600109.60085.6005.600由表中可知，三个因素的极差火小顺序为B>A>C，表明石灰与石膏含量

7、比对试验结果影响最大，而试件含水量对试验结果影响最小。通过分析可知，三因素的最优水平组合为A3B3C3,而试验方案中没有该组合，需对组合A3B3C3増加试验，其结构与试验方案屮最佳组合A3B3C2比较后，选择A3B3C3为最优水平组合，最终确定煤层的配比号为982，含水量为1/10。4.结论通过例子简单介绍了运用正交试验方法准确获取岩层的相似材料配比的方法，且试验周期短，与直接查表得出试验的配比号相比，相似材料更加符合与原型的相似比，有利于提高相似模拟试验的可靠性。参考文献：[1]刘亮亮，王海龙，刘江波,陈绍杰.低强度相似材料正交配比试验[」].辽宁工程技术大学

8、学报(自然科学版),20