- •Содержание
- •Введение
- •1Лабораторный практикум
- •1.1Получение математических моделей процессов резания методом полного факторного эксперимента
- •Статистическое планирование эксперимента. Выбор параметра оптимизации и независимых факторов. Построение матриц полного факторного эксперимента.
- •1.1.2 Получение математической модели
- •1.1.3 Проверка адекватности модели
- •1.1.4 Лабораторная работа №1
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •1.2 Получение математических зависимостей моделированием процессов износа изделий и материалов
- •1.2.1 Особенности моделирования процесса износа
- •1.2.2 Лабораторная работа №2 Исследование износостойкости различных материалов моделированием процесса износа
- •Содержание и порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •1.2.3 Лабораторная работа №3
- •Оборудование, приборы, инструменты, заготовки
- •Содержание и порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •1.3 Построение моделей в среде Excel for Windows
- •1.3.1 Построение линейной модели в Excel (пример)
- •1 Настройка пакета анализа
- •2 Ввод данных
- •3 Нахождение основных числовых характеристик
- •4 Нахождение коэффициента корреляции
- •5 Нахождение параметров линейной регрессии
- •6 Расчет доверительного интервала для прогноза
- •7 Построение доверительной области для прогноза
- •8 Расчет максимального % ошибки прогнозирования
- •9 Выводы по работе
- •1.3.2 Построение степенной модели в Excel (пример)
- •1 Настройка пакета анализа
- •2 Ввод данных
- •3 Нахождение основных числовых характеристик
- •4 Нахождение коэффициента корреляции
- •5 Нахождение параметров линейной регрессии
- •1.3.3. Пример построения многофакторной линейной модели в Excel
- •1 Настройка пакета анализа
- •2 Ввод данных
- •3 Нахождение основных числовых характеристик
- •4 Нахождение параметров линейной регрессии
- •5 Выводы по работе
- •1.3.4 Лабораторная работа № 4 Построение однофакторных регрессионных моделей в приложении
- •Содержание и порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •1.3.5 Лабораторная работа № 5 Построение линейной многофакторной модели в приложении
- •2 Методические указания к практическим занятиям
- •2.1 Моделирование процесса резания методом линейного программирования Практическое занятие 1
- •2.1.2 Содержание отчёта
- •2.1.3 Контрольные вопросы
- •2.2 Исследование вероятностных эксплуатационных характеристик режущих инструментов Практическое занятие 2
- •2.2.1 Содержание и порядок выполнения работы
- •2.2.2 Содержание отчета
- •2.2.3 Контрольные вопросы
- •2.3 Определение закона распределения периода стойкости инструмента при малых объемах испытаний Практическое занятие 3
- •2.3.1 Содержание и порядок выполнения работы
- •2.3.2 Содержание отчета
- •2.4 Получение математических моделей методом полного факторного эксперимента Практическое занятие 4
- •2.4.1 Содержание и порядок выполнения работы
- •2.4.2 Содержание отчёта
- •2.4.3 Контрольные вопросы
- •2.5 Получение математических моделей методами теории корреляции Практическое занятие 5
- •2.5.1 Содержание и порядок выполнения работы
- •2.5.2 Содержание отчета
- •2.5.3 Контрольные вопросы
- •3.1 Задание на расчетно-графическую работу
- •3.2 Порядок выполнения работы
- •3.3 Проверка соответствия статистического распределения теоретическому по критерию Пирсона (æ²)
- •3.4 Проверка соответствия статистического распределения теоретическому по критерию Колмогорова (n)
- •Статистическое, 2- теоретическое;
- •Список рекомендованной литературы
- •Приложение а Справочные таблицы для проверки адекватности математических моделей
- •Приложение б Пример выполнения расчетно-графической работы
- •84313, М. Краматорськ, вул. Шкадінова, 72
1.1.3 Проверка адекватности модели
Для проверки адекватности полученной модели необходимо рассчитать значения во всех точках плана и сравнить его с экспериментальными значениями (см. табл. 1.3).
Рассеивание результатов эксперимента относительно уравнения связи, которое аппроксимирует заданную функциональную зависимость, можно характеризовать с помощью остаточной дисперсии или дисперсии адекватности , расчет которой производится по формуле, которая справедлива только при равном числе повторных опытов
, (1.12)
где m – число членов аппроксимирующего полинома (с учетом свободного члена).
Дисперсию адекватности определяют с числом степеней свободы
(1.13)
Проверку гипотезы об адекватности модели производят с помощью F – критерия Фишера, который рассчитывают по формуле
. (1.14)
Если рассчитанные значения критерия Фишера меньше критических при соответствующем числе степеней свободы и при заданном уровне значимости , то модель считают адекватной. Значения F – критерия Фишера при приведены в приложении А (таблица А3).
Если , то модель адекватна и без расчета F- критерия Фишера.
1.1.4 Лабораторная работа №1
Получение математической модели зависимости температуры резания от элементов режимов резания
Цель работы – получить математическую модель зависимости температуры резания от элементов режима резания с использованием полного факторного эксперимента типа 23.
Оборудование , приборы, инструменты, заготовки.
Токарно - винторезный станок мод. 16К20
Термопары
Резцы с заданными постоянными характеристиками
Гальванометр
Изоляционные прокладки.
Содержание и порядок выполнения работы
1 В лабораторных условиях при продольном точении стали резцами НхВ=25х25мм (материал режущей части Т5К10, геометрические параметры: ). Проводят ПФЭ типа 23 с целью получения зависимости температуры резания от глубины резания t, подачи S и скорости резания V. Для измерения температуры резания используют метод естественной термопары.
2 Для каждой переменной (фактора) выбирают два уровня её изменения: верхний (+1) и нижний (-1). Каждому фактору присваивают соответствующее кодовое обозначение: V=x1, S=x2, t=x3. Значения факторов приведены в таблице 1.4.
Таблица 1.4- Уровни независимых факторов
Уровень |
Значения факторов |
|||
V(x1) м/мин. |
П, мин-1 |
S(x2), мм/об |
T(x3), мм. |
|
Нижний (-1) |
|
200 |
0,07 |
0,5 |
Нулевой (0) |
|
350 |
0,16 |
1,25 |
Верхний (+1) |
|
500 |
0,26 |
2,0 |
3 Строят матрицу ПФЭ (таблица 1.5). Для каждого опыта определяют термо-э.д.с., которую с помощью тарировочных графиков переводят в температуру резания. Минимальное количество опытов N=23=8. Для исключения влияния различных случайных факторов проводят рандомизацию опытов ( при их трёхкратном повторении). Результат опытов заносят в таблицу 1.5.
4 Математическая модель зависимости температуры резания от элементов режима резания должна быть получена в виде:
(1.15)
где - постоянный коэффициент, учитывающий физико-механические свойства материала заготовки и условия обработки;
x, y, z – показатели степеней.
Для получения степенных зависимостей используют логарифмические масштабы. После логарифмирования обеих частей формулы (1.15) и введения членов, учитывающих взаимодействия факторов, уравнение регрессии будет иметь вид:
Y=b0+b1x1+b2x2+b3x3+b12x1x2+b13x1x3+b23x2x3+b123x1x2x3, (1.16)
где Y- логарифм температуры резания;
b0,b1,b2… - коэффициенты регрессии;
х1,x2,x3- соответственно логарифмы скорости резания V, подачи S и глубины резания t.
5 Для расчёта коэффициентов регрессии используют столбцы матрицы ПФЭ и логарифмы средних значений температуры резания .
6 Коэффициенты регрессии bi рассчитывают по формулам:
(1.17)
7 Дисперсию, характеризующую ошибку опыта, рассчитывают по формуле (1.7).
8 Дисперсию параметра оптимизации Y рассчитывают по формуле (1.8).
9 Проводят оценку однородности дисперсии по Кохрена по формуле (1.9). Если дисперсия не однородна то в точке плана с максимальной дисперсией выполняют повторные опыты. Расчеты повторяют с использованием вновь полученных значений .
10 Рассчитывают дисперсию коэффициента регрессии по формуле (1.10).
11 Выполняют проверку значимости коэффициентов регрессии по Стьюдента (формула (1.11)).
12 С учетом значимых коэффициентов Записывают полученные уравнения регрессии и используют его для расчета (значения по полученной модели). Результаты расчета записывают в таблицу 1.5.
13 Рассчитывают дисперсию адекватности (формула 1.12).
14 Проводят проверку адекватности полученной модели по критерию Фишера (формула 1.14).
15 Переход от кодированных значений , , к натуральным переменным (элементам режима резания) осуществляют по формулам:
(1.18)
Таблица 1.5 – Матрица ПФЭ типа 23 и результаты измерений температуры резания
№ опыта |
V (x1), м/мин |
n, мин-1 |
S(x2), мм/об |
t(x3), мм |
Кодовые обозначения |
Температура резания Y=Q |
Дисперсия опыта |
Значения по модели |
|||||||||||||||||||||
х0 |
х1 |
х2 |
х3 |
х1х2 |
х1х3 |
х2х3 |
х1х2х3 |
y1V |
lny1 |
y2V |
lny2 |
y3V |
lny3 |
Среднее |
|||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
1, 9, 17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
2, 10, 18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
3, 11, 19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
4, 12, 20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
5, 13, 21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
6, 14, 22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
7, 15, 23 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
8, 16, 24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
16 Значения , , выраженные формулами (1.18) подставляют в полученное уравнение регрессии. Для получения степенных зависимостей результат потенцируют.