基于方差分析的摩擦材料改性填料顯著性影響研究

柴昌盛　陳翔

摘要：摩擦材料配方篩選研究中，由于改性填料過(guò)多，要確切了解各改性填料對(duì)設(shè)計(jì)指標(biāo)的顯著性影響程度對(duì)于優(yōu)選最佳配方極為重要。本文利用方差分析研究了摩擦材料填料水平變化對(duì)材料密度、彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度與抗沖擊韌性等性能的顯著性影響。研究表明方差分析的因素水平顯著性檢驗(yàn)準(zhǔn)確率為75%，再結(jié)合極差分析和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)對(duì)方差分析結(jié)果進(jìn)行有效性分析與修正，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)了各因素水平變化對(duì)性能指標(biāo)的顯著性影響程度，為確定摩擦材料最優(yōu)配方提供了可靠數(shù)據(jù)支撐。

Abstract： In the screening study of friction material formulations， due to the excessive amount of modified fillers， it is extremely important to accurately understand the significance of each modified filler on the design index for optimizing the optimal formula. In this paper， the analysis of variance is used to study the significant effects of changes in the friction material filler level on the material density， bending strength， compressive strength and impact toughness. The research shows that the factor level significance test accuracy rate of variance analysis is 75%. Combined with range analysis and verification experiments， the results of variance analysis are analyzed and corrected to accurately evaluate the significance of the changes in the level of various factors on performance indicators， which provides reliable data support for determining the optimal formulation of friction materials.

關(guān)鍵詞：摩擦材料;方差分析;顯著性檢驗(yàn);顯著性影響

Key words： friction materials;analysis of variance;significance test;significance effect

中圖分類號(hào)：TB39? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）12-0211-03

0? 引言

摩擦材料品質(zhì)的好壞很大程度上是由配方設(shè)計(jì)決定的，當(dāng)然也要受到生產(chǎn)工藝參數(shù)、成型方法的制約。因此，需要經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，從眾多的影響因素中尋找科學(xué)合理、成本低廉、操作簡(jiǎn)單的工藝參數(shù)和配方[1-3]。在配方篩選過(guò)程，由于改性填料過(guò)多，要確切了解各改性填料對(duì)設(shè)計(jì)指標(biāo)的顯著性影響對(duì)于優(yōu)選最佳配方極為重要。方差分析因素顯著性檢驗(yàn)就是一種判斷因素水平變化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響是否顯著的方法[4]。本文考察了以聚四氟乙烯、POB、碳纖維、石墨、銅粉五種填料的不同配比對(duì)摩擦材料密度、彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度與抗沖擊韌性等性能的顯著性影響。根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)篩選出具有代表性的特殊實(shí)驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，篩選點(diǎn)具有“均衡分散性”和“綜合可比性”兩大特點(diǎn)，能夠減少試驗(yàn)次數(shù)，提高實(shí)驗(yàn)效率，極大縮短實(shí)驗(yàn)周期和研發(fā)成本[4]。結(jié)合方差分析方法，衡量了各種填料因素水平變化對(duì)考察指標(biāo)的顯著性程度，并依據(jù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)對(duì)結(jié)果進(jìn)行有效性分析與修正。

1? 設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)

原材料：聚四氟乙烯（PTFE）、POB、碳纖維（CF）、石墨（Graphite）、銅粉（Cu）。本實(shí)驗(yàn)選用5個(gè)因素，每個(gè)因素選擇4個(gè)因素水平，如表1因素與因素水平所示。選用的正交表為L(zhǎng)16（45），實(shí)驗(yàn)方案與數(shù)據(jù)如表2所示，單個(gè)樣品分別作5次實(shí)驗(yàn)取平均值。

考察指標(biāo)：密度、彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、抗沖擊韌性。

通過(guò)極差分析得到摩擦材料最優(yōu)配比參數(shù)為A2B3C2D1E3。

2? 方差分析

顯著性檢驗(yàn)強(qiáng)調(diào)試驗(yàn)誤差在分析每列對(duì)指標(biāo)影響中所起的作用，如果某列對(duì)指標(biāo)的影響不顯著，那么，討論試驗(yàn)指標(biāo)隨它的變化趨勢(shì)是毫無(wú)意義的。具體是用計(jì)算出的F值與從F分布表中查到的相應(yīng)臨界值Fa相比較（簡(jiǎn)稱F檢查），做出因素是否顯著性的判斷。在進(jìn)行F檢查時(shí)，顯著水平a是指對(duì)做出的判斷大概有1-a的把握。不同的顯著水平，表示在相應(yīng)F表做出判斷時(shí)，有不同程度的把握。例如a=0.05時(shí)，當(dāng)FA>Fa，即有95%的把握說(shuō)明因素A的水平改變對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有顯著影響。