1 大连理工大学高性能精密制造全国重点实验室，辽宁 大连 116024
2 大连理工大学宁波研究院，浙江 宁波 315000
3 中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所，北京 100076
针对6061铝合金难以在化学机械抛光中获得高表面质量的问题，研究了抛光液中氧化剂（H2O2）、缓蚀剂（BTA）的质量分数和pH值对表面粗糙度的影响。基于响应曲面法设计实验，采用方差分析（ANOVA）检验各参数对表面粗糙度影响的显著性，分析参数的交互影响，得出抛光液的最佳组分配比。结果表明，6061铝合金的表面粗糙度随着pH值的增大先增大后减小再增大，随着H2O2和BTA质量分数的增加先减小后增大。在优选的抛光液参数组合（pH值为9.7，H2O2的质量分数为0.57%，BTA的质量分数为1.16%）下，实现最低表面粗糙度Sa 为0.31 nm，获得了近原子尺度的超光滑表面。
光学设计 6061铝合金 化学机械抛光 响应曲面法 表面粗糙度 近原子尺度
1 青岛理工大学土木工程学院，青岛 266520
2 中铁通信信号勘测设计院有限公司，北京 100083
3 住房和城乡建设部科技与产业化发展中心，北京 100083
软土承载力低，工程特性较差，无法直接作为地基进行工程建设，此外我国工业废渣产量巨大，且利用率较低，为推动高质量发展要求，本文采用粉煤灰作为前驱体，电石渣、硫酸钠作为激发剂，研究软土的固化机理与微观结构发展。结果表明，最优配合比为粉煤灰掺量17.3%(质量分数，下同)、电石渣掺量7.3%、硫酸钠掺量5.0%。最优配合比下固化土7和28 d无侧限抗压强度分别为2 474.0和3 134.0 kPa，与预测强度相比误差较小，响应面法优化配比具备有效性和科学性。固化土7和28 d水稳系数分别为0.73和0.85，固化土具有较好的抗水侵蚀能力。28 d固化土水化产物主要为水化硅酸钙(C-S-H)和钙矾石(AFt)，二者填充、包裹固化土内部孔隙，固化土微观结构逐渐密实，力学性能得到提高。
地质聚合物 粉煤灰 电石渣 响应面法 配合比优化 geopolymer fly ash carbide slag response surface method mix ratio optimization
为了满足金属与聚合物在工业轻量化中的连接需求，采用半导体连续激光器对钛合金TC4和碳纤增强聚合物PBTCF30材料进行激光连接实验研究。通过在钛合金表面进行织构预处理，可使接头在激光连接后获得机械铆接从而提高其强度；将接头剪切强度和预处理时间作为响应，并根据两响应与相关工艺参数之间的关系，利用响应曲面法建立数学模型，分析了织构扫描直径、织构扫描间距、织构扫描次数、激光连接功率和激光连接速度对接头剪切强度及预处理时间的交互式影响，最后通过加速粒子群优化（APSO）算法获得最优解。结果表明，对接头强度影响最大的三个参数组合为：扫描间距-扫描次数、扫描次数-连接速度、连接速度-连接功率。模型验证及优化结果验证表明，所建模型的预测值与实验值吻合较好，模型可靠。
激光技术 表面织构预处理 工艺参数优化 响应曲面法 加速粒子群优化 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2114003
1 常州大学 机械与轨道交通学院，江苏常州2364
2 常州星宇车灯股份有限公司，江苏常州130
大功率LED车灯采用风扇进行强制对流散热，针对风扇周边空间尺寸影响车灯散热性能的问题，采用有限元仿真、均匀设计法及响应面分析相结合的研究方法进行优化研究。首先，利用有限元软件FloEFD研究了风扇护风罩与壁面的径向距离A、风扇入风口与壁面的距离B及风扇出风口与散热器的距离C三个设计参数对大功率LED车灯风冷散热系统散热性能的影响；然后，使用均匀设计法设计试验方案进行响应面分析并拟合出三个参数与LED焊点温度之间的回归模型，利用Pareto分析法确定三个参数对系统散热性能的影响大小；最后，利用Minitab软件的响应优化器，以LED结温最小化为目标，确认三个参数的最佳组合是A为8.4 mm、B为16.3 mm、C为4.3 mm。通过对最佳组合进行实验，表明此组合具有最优的散热性能，同时仿真和实验结果具有一致性，验证了仿真的可靠性。
发光二极管车灯 有限元仿真 响应面法 风冷散热 LED headlight finite element simulation response surface method air cooling
1 湖北工业大学土木建筑与环境学院, 武汉 430068
2 湖北三峡实验室, 宜昌 443000
为实现工业副产品磷石膏的资源化利用, 本文基于响应面法中的中心复合试验法, 选择硫铝酸盐水泥(SAC)和蛋白类缓凝剂(SC)掺量作为配比变量, 对半水磷石膏复合胶凝材料(HPCM)进行性能优化, 制备高性能HPCM。通过数据处理, 得到变量与1 d抗压强度、绝干抗压强度、初凝时间和终凝时间的响应面曲线, 建立相应的响应面模型。结果表明, SAC和SC掺量最优值分别为20.48%(质量分数)和0.12%(质量分数), 测得HPCM的绝干抗压强度为23.1 MPa, 初凝时间为38 min, HPCM力学性能、工作性能等皆良好。基于水化进程及水化产物组成进行分析, 主要是矿物相改变造成的新水化产物的生成改善了体系微观结构组成, 从而优化了性能。
磷石膏 响应面法 凝结时间 力学性能 物相组成 微观结构 phosphogypsum response surface method setting time mechanical property phase composition microstructure
胡妙言 1,2,3,4刘凯 1,2,3,4高诗雨 1,2,3,4孙天懿 1,2,3,4[ ... ]徐丽 1,2,3,**
1 南京林业大学 材料科学与工程学院， 江苏 南京 210000
2 南京林业大学 江苏省林产品高效加工利用联合创新中心， 江苏 南京 210000
3 南京林业大学 绿色生物质燃料与化学品江苏省重点实验室， 江苏 南京 210000
4 2019年江苏省研究生工作站：靖江国林木业有限公司 （工作站编号：2019_099）， 江苏 靖江 214500
利用响应曲面法 （RSM）系统研究了微波作用时间 （T）、微波功率 （W）、淡竹叶与去离子水的料液比 （R）对微波法制备淡竹叶氮硅自掺杂碳量子点 （N/Si?CQDs）荧光量子产率 （QY）的影响。得到了上述工艺参数对QY的影响显著性次序以及对应的QY回归模型与最佳工艺参数，通过验证实验证明优化结果可靠。采用最佳工艺得到的N/Si?CQDs的平均粒径较小且分布均匀，在水中分散性良好，具有激发依赖的发射特性，荧光稳定性较高，对HEK293细胞具有较低细胞毒性，且可被细胞吸收而照亮细胞从而明确区分细胞质和细胞核，说明该碳量子点可用于细胞成像。该研究不仅为淡竹叶的高值化利用提供了一个新思路，而且对提高生物质碳量子点的微波法制备效率、促进其在细胞成像等生物医学领域的应用具有参考价值。
淡竹叶 碳量子点 微波法 响应曲面法 细胞成像 common lophatherum herb carbon quantum dots microwave method response surface method cell imaging
1 陕西理工大学机械工程学院，陕西 汉中 723001
2 陕西省工业自动化重点实验室，陕西 汉中 723001
工艺参数是决定铝合金激光焊接质量的关键因素。因此，在保证焊缝形貌质量优良的前提下，提出一种响应面与粒子群（RSM-PSO）的组合算法，探究2 mm厚6061铝合金薄板激光焊接最优工艺参数。基于Design-Expert 10.0软件进行光纤激光焊接试验设计，以焊缝塌陷和薄板弯曲变形为响应，建立了焊接参数多元线性回归模型，分析了各工艺参数对焊接质量的影响，并采用粒子群智能算法进行优化。结果表明：本研究试验条件下，扫描速度和离焦量的交互作用对焊缝塌陷影响比较大，激光功率与扫描速度对薄板变形量的影响比较大。优化后的最佳工艺参数组合为激光功率2629 W、扫描速度6.85 mm/s、离焦量-0.18 mm。此参数下，6061铝合金薄板塌陷深度仅为85.66 μm，弯曲变形也处于较低水平，为1.2 mm，表明该算法所寻参数可有效提高焊接质量。
激光光学 响应面法 粒子群算法 激光焊接 工艺优化 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1714004
1 华东交通大学土木建筑学院, 南昌 330013
2 同济大学材料科学与工程学院, 上海 201804
基于响应曲面法的中心复合设计(CCD)法设计了3D打印石膏粉末流动性优化试验, 考察疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉掺量对3D打印石膏粉末流动性的影响, 并对优化效果下制备的3D打印粉末进行打印机铺粉、表面形貌和流速的分析、验证。结果表明: 在疏水性纳米SiO2掺量为1%(质量分数)、可溶性淀粉掺量为3%(质量分数)的条件下, 石膏流动性能改善效果最佳, 相较于未改性的石膏提高了38%, 得到了响应变量粉末流动性与疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉掺量的非线性回归方程, 流动性最佳优化预测值与实测值相对误差仅为0.31%; 最佳优化条件下, 改性石膏粉末流速为3.16 g/s, 可连续流动, 粉层表面均匀无明显缺陷。本研究提高了石膏基粉末3D打印的精确度, 有利于石膏材料在3D打印中的应用。
石膏粉末 流动性 响应曲面法 粉末3D打印 休止角 疏水性纳米二氧化硅 可溶性淀粉 gypsum powder fluidity response surface method 3D powder printing angle of repose hydrophobic nanosilica soluble starch
1 湖南大学 激光研究所, 长沙 410082
2 湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 长沙 410082
为了获得气孔率低、玻璃料完全熔化、形貌良好的焊缝, 采用响应面法中的设计原理, 建立了玻璃激光焊接中焊缝缺陷面积占比率与工艺参数(预烧结峰值温度、激光功率、焊接速率和离焦量)的数学模型。基于所建模型, 理论分析了各工艺参数对焊缝缺陷面积占比率的交互影响趋势, 并对工艺参数进行了优化。结果表明, 在预烧结峰值温度为440℃、激光功率为37W、焊接速率为0.1m/min、离焦量为14.4mm的优化参数下进行实验, 焊缝中气孔面积和玻璃料未完全熔融面积之和仅占焊缝总面积的0.512%, 与模型预测结果吻合, 焊缝表面形貌良好, 焊缝剪切强度为17.765MPa, 高于标准值。该模型优化出的工艺参数是合理的, 该研究有助于提高玻璃激光焊接质量。
激光技术 焊缝缺陷面积占比率 响应面法 玻璃激光焊接 laser technique proportion of weld defect area response surface method glass laser welding
1 西北农林科技大学水利与建筑工程学院, 杨凌 712100
2 中国水利水电科学研究院, 北京 100038
硅溶胶注浆材料具有可注性好、凝胶时间可控、环保无毒、耐久性高等优点, 但常规的硅溶胶固砂体抗压强度偏低, 其推广应用受到了一定限制。本文通过单因素实验分别研究了胶凝剂种类、胶凝剂浓度、硅溶胶与胶凝剂质量比、注浆材料pH值对硅溶胶固砂体抗压强度的影响, 同时通过响应面法研究了胶凝剂浓度、硅溶胶与胶凝剂质量比、注浆材料pH值交互作用对抗压强度的影响。试验结果表明: 单因素对抗压强度影响的显著程度依次为胶凝剂浓度、注浆材料pH值、硅溶胶与胶凝剂质量比; 双因素交互作用对抗压强度影响的显著程度依次为胶凝剂浓度和注浆材料pH值、胶凝剂浓度和硅溶胶与胶凝剂质量比、硅溶胶与胶凝剂质量比和注浆材料pH值。采用响应面法获得的硅溶胶固砂体抗压强度最优配比为胶凝剂质量浓度为7%, 硅溶胶与胶凝剂质量比为7∶1, 注浆材料pH值为7。响应面法的预测值和实测值误差较小, 表明响应面法可用于硅溶胶注浆材料的配比优化。
硅溶胶注浆材料 固砂体抗压强度 响应面法 配比优化 胶凝剂 注浆材料pH值 silica sol grout compressive strength of grouted sand response surface method proportion optimization gel-agent pH value of grout
