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，由于改性填料過多，要確切了解各改性填料對設(shè)計指標(biāo)的顯著性影響程度對于優(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材料密度、彎曲強度、壓縮強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準(zhǔn)確率為75%，再結(jié)合極差分析和驗證實驗對方差分析結(jié)果進行有效性分析與修正，準(zhǔn)確評價了各因素水平變化對性能指標(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;顯著性影響

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

中圖分類號：TB39? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：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)過多次試驗，從眾多的影響因素中尋找科學(xué)合理、成本低廉、操作簡單的工藝參數(shù)和配方[1-3]。在配方篩選過程，由于改性填料過多，要確切了解各改性填料對設(shè)計指標(biāo)的顯著性影響對于優(yōu)選最佳配方極為重要。方差分析因素顯著性檢驗就是一種判斷因素水平變化對實驗結(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摩擦材料密度、彎曲強度、壓縮強度與抗沖擊韌性等性能的顯著性影響。根據(jù)正交試驗設(shè)計篩選出具有代表性的特殊實驗點進行實驗，篩選點具有“均衡分散性”和“綜合可比性”兩大特點，能夠減少試驗次數(shù)，提高實驗效率，極大縮短實驗周期和研發(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考察指標(biāo)的顯著性程度，并依據(jù)驗證實驗對結(jié)果進行有效性分析與修正。

1? 設(shè)計與實驗

原材料：聚四氟乙烯（PTFE）、POB、碳纖維（CF）、石墨（Graphite）、銅粉（Cu）。本實驗選用5個因素，每個因素選擇4個因素水平，如表1因素與因素水平所示。選用的正交表為L16（45），實驗方案與數(shù)據(jù)如表2所示，單個樣品分別作5次實驗取平均值。

考察指標(biāo)：密度、彎曲強度、壓縮強度、抗沖擊韌性。

通過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

顯著性檢驗強調(diào)試驗誤差在分析每列對指標(biāo)影響中所起的作用，如果某列對指標(biāo)的影響不顯著，那么，討論試驗指標(biāo)隨它的變化趨勢是毫無意義的。具體是用計算出的F值與從F分布表中查到的相應(yīng)臨界值Fa相比較（簡稱F檢查），做出因素是否顯著性的判斷。在進行F檢查時，顯著水平a是指對做出的判斷大概有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，有不同程度的把握。例如a=0.05時，當(dāng)FA>Fa，即有95%的把握說明因素A的水平改變對實驗結(jié)果有顯著影響。