均匀设计在摩擦材料配方设计中的应用

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1、第23卷第3期南京理工大学学报Vol.23No.31999年6月JournalofNanjingUniversityofScienceandTechnologyJun.1999均匀设计在摩擦材料配方设计中的应用车剑飞宋晔陆怡平马卫华吉法祥(南京理工大学化工学院,南京210094)摘要均匀设计是一种全新的实验设计方法,特别适用于多因素、多水平实验,能有效减少试验数目。该文在无石棉摩擦材料配方设计中用拟水平法进行了四因素五水平的均匀设计,分别考察了摩擦材料中树脂、纤维Ñ、纤维Ò、摩擦性能调节剂性能的影响,实际试验数为10个,结果表明均匀设计显著

2、减少了试验工作量和试验费用,克服了配方试验的盲目性,提高了试验效率,制备的摩擦材料性能优良。关键词摩擦材料,配方,均匀分布,最优设计分类号TB39随着现阶段道路状况的改变,汽车速度大大提高,同时制动结构从鼓式向盘式发展,使得对摩擦材料单位面积能量吸收能力的要求越来越高,传统的石棉摩擦材料已逐渐淘汰,因[1]而高性能无石棉摩擦材料的研究已得到广泛的重视。摩擦材料是汽车的重要安全件之一,性能要求非常严格,考核指标项目多。摩擦材料组分复杂,且与性能间关系不确定,是一个典型的多因素多水平配方试验。长期以来,摩擦材料的研制往往依据试验者的经验进行,存

3、在着工作量大、试验费用高、周期长、偶然性大等一系列问题。均匀设计是一种全新的实验设计方法,特别适用于多因素多水平的试验,可有效地降低试验数目。本文采用均匀设计的方法很好地解决了摩擦材料配方设计中的困难,克服了试验的盲目性,提高了试验效率。试验中制备的摩擦材料性能优良。1均匀设计法所有的实验设计方法本质上就是在实验的范围内给出挑选代表点的方法。均匀设计法是我国数学家王元教授和方开泰教授将数论与多元统计相结合而创造的一种全新的实验设[2]计方法。传统的正交设计法是根据正交性准则,考虑数据的均衡分散性和整齐可比性,从全面试验中选出部分点进行试验,

4、使得这些点能反映试验范围内各因素和试验指标间的关系。与正交设计相比,均匀设计不再考虑数据的整齐可比性,而只考虑试验点在试验范围内充分均衡分散,这就可以从全面试验中挑选更少的试验点作为代表进行实验,而由此得到收稿日期:1998-11-16江苏省产学研重点基金项目车剑飞男30岁讲师250南京理工大学学报第23卷第3期的结果仍然可反映体系的主要特征。均匀设计的特点是:(1)每个因素的每个水平做且仅做一次实验;(2)任2个因素的试验点在平面的格子点上每行每列有且仅有1个试验点;(3)当因素的水平数增加时,试验数按水平数的增加量在增加。[3]在摩擦材

5、料配方研究中,曾有报道采用正交设计法。遗憾的是,正交设计法实验数等于水平数的平方,因而只适用于水平数不多的实验;当水平数较大时,正交试验的次数就显得过多。采用均匀设计,由于每个水平做且只做1个实验,因而实验次数等于水平数,显然工作量大大降低。当然,由于均匀设计取消了数据可比性选点原则,因而不像正交设计可以通过/直观分析0给出试验指标随每个因素水平变化的规律。均匀设计的数据需要用逐步回归等筛选变[4]量的技巧进行数据处理。2摩擦材料配方设计本实验的目的是试制高性能无石棉摩擦材料,本次考察主要指标是该摩擦材料在100e、150e、200e、25

6、0e、300e、350e下的摩擦因数及其温度变化值$L(即Lmax-Lmin)。首先根据经验从摩擦材料配方成份中选取对性能影响较大的4个因素,分别为树脂(A)、纤维Ñ(B)、纤维Ò(C)、摩擦性能调节剂(D),其考察范围(质量百分比)设定在一个较宽的范围内,分别为13~17,15~23,11~19,10~18,采用五水平考察。由于摩擦材料在摩擦因数测试时存在误差,而均匀设计中每个水平做且只做1次的规则有可能使某些点的代表性发生误差,同时为了提高该配方设计方案的均衡性,采用拟水平法,即让每个水平重复2次,弥补了这一缺陷。*8*8实验中选择均匀

7、设计表u10(10)来安排实验。u10(10)表及其使用表见表1、表2。*8*8表1均匀设计表u10(10)表2u10(10)的使用表*8*8Table1Theuniformdesigntableu10(10)Table2Theapplicationtableofu10(10)12345678s列号D11234579102246810379216011125336914105844815963731560116815510493216413450122366617289105773106258451345701241488521071639

8、97531842612356801299410109876421*8*8由于考察因素共有4个,即s=4,根据u10(10)的使用表可知,应选用u10(10)表的第1、3、4、5列