2.1. Теория инженерного эксперимента.

2.2. Применение методов теории вероятности и математической статистики для обработки экспериментальных данных (лабораторная работа).

2.3. теория подобия и размерностей. Физическое и математическое моделирование.

2.4. Основы общей теории измерений. Метрология в строительстве. Методы и средства измерений. Теория погрешностей измерений.

2.5. Стандартизация; стандарты. Система ГОСТов, Сводов правил, норм, технических условий и инструкций.

Первым этапом организации испытания конструкций является постановка задач, которые должны быть решены в процессе проведения испытаний. Испытание конструкций проводит специальная бригада, во главе которой стоит руководитель, имеющий соответстветствующую квалификацию. Бригада и руководитель ответственные за проведение испытания и за точность и достоверность полученных результатов.

Надежность результатов зависит от правильности составления плана организации и методики испытаний. Неучет какой-либо детали может стать причиной неверных результатов проведенной работы (влияние температуры на тензоаппаратуру).

Испытание конструкций является трудоемким процессом, требующим больших средств и затрат времени. Поэтому правильное планирование эксперимента является важным и ответственным делом, от которого зависит успех всей работы.

Наука о теории эксперимента зародилась чуть более 30-ти лет тому назад. Впервые Фишер стал развивать концепцию планирования эксперимента. Бокс и Уилсон затем опубликовали первую работу о новом планировании экстремальных экспериментов.

Проведение экспериментов считается «искусством, которому можно учиться, но которому нельзя научить». Такое утверждение, видимо, справедливо, если под экспериментом подразумевать общий процесс научного исследования и получения новых данных. Некоторые экспериментаторы, имея весьма скудные и недостоверные данные, способны открыть новые важные факторы, тогда как другие даже при исчерпывающем исследовании упускают очевидные факты.

Хотя искусству делать открытия нельзя научиться, научить искусству подготовки к открытиям все же можно.

Можно научить исключать или учитывать случайные воздействия окружающей среды, планировать эксперименты и определять порядок изменения условий эксперимента, оценивать ошибки и их совокупность, многократно проверять полученные данные и представлять их в наглядном виде. Именно эта сторона эксперимента как искусства и составляет цель данной главы о теории инженерного эксперимента.

Эксперимент как предмет исследования.

Большинство экспериментов, методы их проведения, имеют много общего. Необходимо контролировать эксперимент; исключить влияние внешних переменных. Всех интересует точность измерительных приборов и точность получаемых данных.

Каждый исследователь стремиться уменьшить число переменных в любом эксперименте, так как это ускоряет его работу и делает ее более экономичной.

Вначале необходимо составить план проведения эксперимента.

В процессе проведения эксперимента важную роль имеет обнаружение неполадок. С этой задачей связана проверка приемлемости результатов.

В процессе любого эксперимента необходимо анализировать результаты и давать их интерпретацию.

Инженерный эксперимент

Инженерные эксперименты можно классифицировать по различным признакам: числу переменных; влиянию внешних факторов; характеру взаимодействия этих переменных (действие нагрузки, например) и т.д. они могут носить различный характер: промышленный, производственный, исследовательский, поисковый, теоретический и прикладной.

Любой эксперимент, каким бы сложным он ни был, заканчивается представлением результатов, формулировкой выводов и дачей рекомендаций. Это может быть представлено в виде графиков или кривых, математических формул или монограмм, таблиц, статистических данных или словесных описаний.

Определения и термины.

А) Оборудование для проведения эксперимента.

1. Измерительные приборы – воспринимают, считывают, измеряют, наблюдают, а затем записывают и хранят в памяти, корректируют и показывают все требуемые параметры.

2. Испытательная аппаратура – все, что необходимо для проведения эксперимента, включая измерительные приборы и объект исследования.

3. Образец для испытаний – объект, подвергаемые испытаниям, который при необходимости можно заменить другим. Не во всех экспериментах имеется образец для испытания. Например, при испытании нового метода производства с использованием станков, материала и привлечением рабочей силы отсутствует какой-либо образец для испытаний. Если испытывается балка, ферма, мост, - то это и будет представлять собой образец для испытаний.

Б) План эксперимента – общий термин. Он определяет набор инструкций по проведению эксперимента, в которых указана последовательность работы, характер и величина измерения переменных и даются указания о проведении повторных измерений.

1. Репликация – повторение эксперимента, точки возвращения к первоначальным условиям (испытание образцов-близнецов на сжатие, ползучесть и т.д.).

2. Термин «переменная» - означает любую варьируемую величину. Если варьирование (изменение) переменной происходит независимо от других величин, то ее называют независимой переменной. Если физическая величина изменяется при изменении одной или большего числа независимых переменных, то она называется зависимой. Если некоторая физическая величина, оказывающая влияние на эксперимент, изменяется случайным образом и ее нельзя контролировать, то она называется внешней переменной.

Пример: Входное напряжение и выходная нагрузка электродвигателя могут изменяться независимо друг от друга. КПД, температура обмотки и входной ток – могут служить примером зависимой переменной. Окружающая температура и колебания частоты тока в линии – внешние переменные.

В контролируемом эксперименте влияние внешних переменных исключено и независимые переменные можно изменять по желанию исследователя.

Проведение контролируемого эксперимента или изоляция его от окружающих условий является одним из основных принципов научного эксперимента.

В) Измерения независимых, зависимых и внешних переменных осуществляется с помощью приборов. При измерениях возникает термин «Ошибка» измерения, который будет рассмотрен в разделе «Метрология». В разделе «Статистическая обработка данных и теория вероятности» будет освещен вопрос оценки ошибки, их виды, критерии точности измерений и т.д.

Г) Серия испытаний проводится при фиксированной установке аппаратуры или включается по определенной схеме и производится запись всех измерений. В результате каждого испытания получают определенную точку или экспериментальный отсчет.

Д) Термин «данные» относится ко всем «продуктам» эксперимента (фотоснимки, записанные цифры, показания механических счетчиков и т.д.).

- Необработанные данные – информация, записанная в символическом виде, получаемая непосредственно от измерительных приборов.

- Обработанные данные – тоже информация после выполнения над ней ряда математических операций.

- Обработанные данные, нанесенные на график, образуют кривую. Они могут привести также к некоторому функциональному соотношению между независимыми и зависимыми переменными, которое обычно записывается в виде формул.