Цели и задачи экспериментальных исследований.

Цели и задачи экспериментальных исследований.

В основе экспериментальных исследований лежит эксперимент. Эксперимент-действие, направленное на создание условий в целях воспроизведения того или иного явления и, по возможности, наиболее чистого, т. е. не осложняемого другими явлениями.

Основной целью эксперимента является выявление свойств исследуемых объектов, проверка справедливости гипотез и на этой основе широкое и глубокое изучение темы научного исследования. Если говорить о строительной отросли, то здесь основной целью испытаний является выявление напряженно-деформированного состояния элементов конструкций или сооружений под нагрузкой, определение возможности их нормальной эксплуатации, проверка качества строительных материалов и работ.

Перед проведением эксперимента необходимо определиться с целью и задачами. Количество задач для конкретного эксперимента не должно быть слишком большим (лучше 3-4, максимум 8-10). Типичными задачами эксперимента в строительстве являются определение деформаций, прогибов, разрушающей нагрузки, размеры раскрытия трещин, момент образования трещин, потеря устойчивости и др.

Исследования в зависимости от цели разделяются на преобразующие, констатирующие, контролирующие, поисковые и решающие. Целью преобразующего эксперимента является формирование новых свойств и качеств объекта при активном вмешательстве в структуру и функции объекта в соответствии с выдвинутой гипотезой. Констатирующий – проверка определенных предположений. Контролирующий – контроль за результатами внешних воздействий на объект исследования с учетом его состояния, характера воздействия и ожидаемого эффекта. Поисковый – классифицировать факторы, влияющие на объект. Решающий – проверка справедливости основных положений фундаментальных теорий в том случае, когда две или несколько гипотез одинаково согласуются со многими явлениями.

Постановке эксперимента предшествуют следующие операции:

-создание программы экспериментальных работ;

-определение способов и приемов вмешательства в объект исследования;

-обеспечение условия для осуществления процедуры экспериментальных работ;

-разработка пути и приемов фиксирования хода и результатов эксперимента;

-подготовка средств эксперимента (приборы, установки, модели и т. д.),

-обеспечение эксперимента необходимым обслуживающим персоналом.

Особое место имеет правильная разработка методики эксперимента. Методика -это совокупность мыслительных и физических операций, размещенных в определенной последовательности, в соответствии с которой достигается цель исследования. Выбрав методику эксперимента, исследователь должен удостовериться в ее практической пригодности.

Перед каждым экспериментом составляется его план (программа), который включает:

-обоснование объема эксперимента, числа опытов;

-определение последовательности изменения факторов;

-выбор шага изменения факторов, задание интервалов между будущими экспериментальными.точками;

-обоснование способов обработки и анализа результатов эксперимента.

Важным этапом подготовки к эксперименту является определение его целей и задач. Количество задач для конкретного эксперимента не должно быть слишком большим (лучше 3...4, максимально $... 10).

Перед экспериментом надо выбрать варьируемые факторы, т. е. установить основные и второстепенные характеристики, влияющие на исследуемый процесс, проанализировать расчетные (теоретические) схемы процесса.

Необходимо также обосновать набор средств измерений (приборов), оборудования, машин и аппаратов.

Важным разделом методики является выбор методов обработки и анализа экспериментальных данных. Обработка данных сводится к систематизации всех цифр, классификации, анализу.

При разработке плана-программы эксперимента всегда необходимо стремиться к его упрощению, наглядности без потери точности и достоверности.

Очень часто между переменными х и у существует связь, при которой одному значению аргумента соответствует некоторая совокупность значений функции (статистический ряд распределение у). Такую связь называют корреляционной (регрессионной). Следовательно, регрессионные зависимости характеризуются вероятностными и стохастическими связями. Поэтому для установления таких зависимостей необходимо наличие статистических измерений.

Сущность регрессионного анализа заключается в определении уравнения регрессии, устанавливающим связь между случайными величинами (аргументами X; и функцией у), оценке тесноты связи.между ними, достоверности и адекватности результатов измерений.

Для предварительного установления наличия такой связи между х и у результаты измерений представляются графически, то есть строится корреляционное поле (рисунок 1). По тесноте группирования точек вокруг прямой или кривой линий можно визуально судить о наличии или отсутствии корреляционной связи.

По форме корреляционного поля можно ориентировочно судить о форме графика, характеризующего изучаемое явление или процесс.

Различают однофакторные (парные) и многофакторные регрессионные зависимости. Парная регрессия может быть аппроксимирована какой-либо элементарной функцией: прямой линией, параболой, гиперболой, логарифмической, степенной или показательной функциями, полиномом и т. п. Двухфакторное корреляционное поле можно аппроксимировать, например, плоскостью, параболоидом второго порядка, гиперболоидом.

Формой графика определяется близость между x и y. Критерием близости корреляционной зависимости между х и у к линейной функциональной зависимости является. коэффициент парной корреляции или просто коэффициент корреляции r, который показывает степень тесноты связи между х и у. Этот коэффициент подсчитывается из выражения

При r=1 х и у связаны функциональной зависимостью, то есть каждому значению х соответствует только одно значение у. Если r< /, то линейной функциональной связи не существует, апри r=0 линейная корреляционная связь отсутствует.

Факторный эксперимент – это эксперимент, в котором задействованы несколько (минимум две) независимых переменных, где каждая из них может быть фактором, определяющим поведение.

Факторный эксперимент является частным случаем эксперимента многомерного, где взаимодействуют несколько независимых и несколько зависимых переменных.

Гипотезы о взаимосвязи нескольких независимых переменных и зависимой переменной называют комплексными или комбинированными.

В факторном эксперименте проверяются одновременно два типа гипотез:

1) гипотеза о раздельном влиянии каждой из независимых переменных;

2) гипотеза о взаимодействии переменных, т.е. о том, как присутствие одной из независимых переменных влияет на эффект воздействия другой.

Факторное планирование экспериментов заключается в том, чтобы все уровни независимой переменной сочетались друг с другом. Число экспериментальных групп в эксперименте такого вида равно числу сочетаний уровней всех независимых переменных.

Вторая независимая переменная может вводиться для целей контроля изменений, связанных с тем же базисным процессом, на который влияет первая НП.

На практике чаще всего применяются факторные планы для двух независимых переменных и двух уровней этих переменных, которые обозначаются 2х2.

Определение цели анализа и пути ее достижения и выработки общего подхода к исследуемой проблеме. На этом этапе требуется глубокое понимание существа поставленной задачи. Иногда, правильно поставить задачу не менее сложно чем ее решить. Постановка - процесс не формальный, общих правил нет.

Заключается в выборе системы условных обозначений и с их помощью записывать отношения между составляющими объекта в виде математических выражений. Устанавливается класс задач, к которым может быть отнесена полученная математическая модель объекта. Значения некоторых параметров на этом этапе еще могут быть не конкретизированы.

На этом этапе устанавливаются окончательные параметры моделей с учетом условия функционирования объекта. Для полученной математической задачи выбирается какой- либо метод решения или разрабатывается специальный метод. При выборе метода учитываются знания пользователя, его предпочтения, а также предпочтения разработчика.

Разработав алгоритм, пишется программа, которая отлаживается, тестируется и получается решение нужной задачи.

Естественный эксперимент предполагает проведение опытов в естественных условиях существования объекта исследования (чаще всего используется в биологических, социальных, педагогических и психологических науках).

Понятие естественного эксперимента предложил Лазурский. Он проводится в условиях, которые максимально приближены к обычной деятельности людей. Таким образом, в эксперименте создаются условия для полноценного изучения всех свойств объекта.

При организации естественного эксперимента последовательно разворачиваются следующие этапы:

1) функциональный анализ деятельности исследуемого;

2) фиксация ряда наблюдений за этой деятельностью;

Основными методами в контексте естественного эксперимента является наблюдение и беседа с участником, результаты которых обрабатываются количественно и качественно.

Естественный эксперимент в технике, в свою очередь, имеет несколько разновидностей.

Производственный эксперимент проводится в привычных для исследуемого лица условиях профессиональной деятельности, однако участники могут не знать об организации исследования или принимать в нем активное участие

Полевой эксперимент - это естественный эксперимент, в котором используют оборудование, а участников информируют о проведении исследования.

Искусственный эксперимент предполагает формирование искусственных условий (широко применяется в естественных и технических науках).

Искусственный эксперимент имеет такие достоинства, как возможность обеспечить достаточные условия для устранения побочных факторов, т.е. для достижения высокой внутренней валидности, причём с эффективным использованием времени и ресурсов. Однако часто перед ним встаёт проблема внешней валидности, или экстраполируемоети полученных результатов.

Вычислительным экспериментом называется методология и технология исследований, основанные на применении прикладной математики и электронно-вычислительных машин как технической базы при использовании математических моделей. Таким образом, вычислительный, эксперимент основывается на создании математических моделей изучаемых объектов, которые формируются с помощью некоторой особой математической структуры, способной отражать свойства объекта, проявляемые им в различных экспериментальных условиях.

Однако эти математические структуры превращаются в модели лишь тогда, когда элементам структуры дается физическая интерпретация, когда устанавливается соотношение между параметрами математической структуры и экспериментально определенными свойствами объекта, когда характеристики элементе з модели и самой модели в целом находят соответствие свойствам объекта. Таким образом, математические структуры вместе с описанием соответствия экспериментально обнаруженным свойствам объекта и являются моделью изучаемого объекта, отражая в математической (символической, знаковой) форме объективно существующие в природе зависимости, связи и законы.

Вычислительный эксперимент подразделяется на следующие этапы:

1) Для исследуемого объекта строится модель, обычно сначала физическая, фиксирующая разделение всех действующих в рассматриваемом явлении факторов на главные и второстепенные. Последние на этом этапе исследования, отбрасываются. Одновременно формулируются допущения и условия применимости модели, границы, в которых будут справедливы полученные результаты. Модель записываемся в математических терминах, как правило. 11 виде дифференциальных или интегродифференци- альных уравнений. Создание математической модели проводится специалистами, хорошо знающими данную оолас!ь ес >. ествозна- ния или техники, а также математиками, представляющими себе возможности решения математической задачи.

2) Разрабатывается метод расчета сформулированной математической задачи. Эта задача представляется в виде совокупности алгебраических формул, но которым должны проводиться вычисления, и условий, показывающих последовательность применения этих формул. Набор таких формул и условий носит название тчислительного алгоритма.

3) Разрабатываются алгоритм и программа решения задачи на ЭВМ

4) При проведении расчетов на ЭВМ результат получается в виде некоторой цифровой информации, которую далее необходимо расшифровать.

5) Обработка результатов расчетов, их анализ и выводы.

Вычислительный эксперимент приобретает исключительно:; значение в тех случаях, когда проведение натурных экспериментов и построение физической модели оказываются невозможными или слишком дорогостоящими. Особенно ярко можно проиллюстрировать значение вычислительною эксперимента при исследовании масштабов современного воздействия человека из природу.

Лабораторный эксперимент проводится в лаборатории условияv с применением типовых приборов. специальных моделирующих установок, стендов, оборудования и т. д Чаще всего в лабораторном эксперименте изучается не сам объект, а его образец (модель). Этот эксперимент позволяет доброкачественно, с требуемой повторностью изучить влияние одних характеристик при варьировании других, получить хорошую научную информацию с минимальными затратами времени и ресурсов. Однако такой эксперимент не всегда полностью моделирует реальный ход изучаемого процесса, поэтому возникает потребность в проведении натурного эксперимента.

Натурный эксперимент проводится в естественных условиях и на реальных объектах. Этот вид эксперимента часто используется в процессе натурных испытаний изготовленных систем. В зависимости от места проведения испытаний натурные эксперименты подразделяются на производственные, полевые. полигонные, полу натурные и т. п. Натурный эксперимент всегда требует тщательного продумывания и планирования, рационального выбора методов исследования

Практически во всех случаях основная научная проблема натурною эксперимента - обеспечить достаточное соответствие (адекватность) условий эксперимента реальной ситуации, в которой будет работать впоследствии создаваемый объект Поэтому |центральными задачами натурного эксперимента являются:

- изучение характеристик воздействия среды на испытуемый объект;

- индентификация статистических и динамических параметров объекта;

- оценка эффективности функционирования объекта и проверка его на соответствие заданным требованиям.

Трассы прозвучивания конструкций могут иметь произвольное направление.

При невозможности одновременного доступа к двум соосным точкам на разных поверхностях изделия используется эхо-метод. В этом случае преобразователь 1 выполняет функции как излучателя, так и приемника. Этот метод позволяет как обнаружить наличие дефекта, так и определить толщину изделия Н и расстояния h до места расположения дефекта.

Можно также отметить существование зеркально-теневого метода, когда излучатель и приемник устанавливаются на одной и той же поверхности изделия в непосредственной близости. Такой подход позволяет при двух- и одностороннем прозвучивании использовать одну и ту же выпускаемую промышленностью аппаратуру.

При контроле качества сварных швов отмеченными методами обнаруживаются шлаковые включения, раковины, газовые поры, трещины и непровары. Для контроля стыковых соединений применяются призматические преобразователи с различными углами падения ультразвуковых волн а. Так как обычно в стыковых соединениях дефекты развиваются вдоль поверхностей свариваемых изделий, то в процессе контроля преобразователь перемещают вдоль шва по зигзагообразной линии.

При контроле сварных швов необходимо пользоваться эталонами — предварительно сваренными фрагментами соединений с искусственно сделанными дефектами. Отражение (эхо- метод) или ослабление (теневой метод) сигнала при наличии дефекта в конструкции сравнивается с эталонным.

Цели и задачи экспериментальных исследований.

Постановке эксперимента предшествуют следующие операции:

-создание программы экспериментальных работ;

-определение способов и приемов вмешательства в объект исследования;

-обеспечение условия для осуществления процедуры экспериментальных работ;

-разработка пути и приемов фиксирования хода и результатов эксперимента;

-подготовка средств эксперимента (приборы, установки, модели и т. д.),

-обеспечение эксперимента необходимым обслуживающим персоналом.

Перед каждым экспериментом составляется его план (программа), который включает:

-обоснование объема эксперимента, числа опытов;

-определение последовательности изменения факторов;

-выбор шага изменения факторов, задание интервалов между будущими экспериментальными.точками;

-обоснование способов обработки и анализа результатов эксперимента.

Необходимо также обосновать набор средств измерений (приборов), оборудования, машин и аппаратов.

В факторном эксперименте проверяются одновременно два типа гипотез:

1) гипотеза о раздельном влиянии каждой из независимых переменных;

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: