申穎娉+金濤+陳瑜

摘 要：以測(cè)量控樣若干為例，根據(jù)GB/T 228.1-2010金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法[1]，日常試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，采用A類評(píng)定方法對(duì)抗拉強(qiáng)度由各種因素引起的不確定度分量、合成不確定度及擴(kuò)展不確定度進(jìn)行評(píng)定，并給出了評(píng)定結(jié)果。

關(guān)鍵詞：室溫拉伸試驗(yàn)；不確定度；合成不確定度；擴(kuò)展不確定度

測(cè)量不確定度被廣泛用于描述測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量，最新定義：基于使用的信息，表征賦予被測(cè)量之值分散性的參數(shù)[2]。船用鋼板是高附加值產(chǎn)品，性能直接關(guān)乎建造船舶質(zhì)量，抗拉強(qiáng)度是其非常重要的力學(xué)性能指標(biāo)。本文對(duì)此指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量不確定度的評(píng)估，使檢測(cè)數(shù)據(jù)更接近真實(shí)結(jié)果。

1 測(cè)量過(guò)程概述

1.1 測(cè)量方法及依據(jù)：金屬材料拉伸試驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T228.1-2010《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》，JJF1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定和表示》及CNAS-GL05《測(cè)量不確定度要求的實(shí)施指南》。

1.2 環(huán)境條件：環(huán)境條件試驗(yàn)一般在溫度（23±5）℃進(jìn)行。本例試驗(yàn)溫度為26℃。

1.3 測(cè)量設(shè)備：試驗(yàn)機(jī)采用經(jīng)計(jì)量部門檢定合格的微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)SHT4305（計(jì)量檢定合格為1級(jí)，示值相對(duì)最大允許誤差±0.30%）；計(jì)量檢定合格的數(shù)顯0～150mm游標(biāo)卡尺（分辨力0.01mm）。

1.4 檢測(cè)對(duì)象：采用滿足GB/T228-2010標(biāo)準(zhǔn)要求的金屬材料拉伸試樣，本例試樣材料為船用板AH32，加工成圓形試棒，試棒原始直徑10mm。

表1 重復(fù)性試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果

2 建立數(shù)學(xué)模型

根據(jù)拉伸試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度Rm計(jì)算公式：Rm=■，式中：Rm-抗拉強(qiáng)度，F(xiàn)m-最大力，S0-原始橫截面積，最終讀數(shù)按照標(biāo)準(zhǔn)需要修約。合成的抗拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

Ur2（Rm）=

2.1 由于拉伸性能重復(fù)性較差，A類不確定度分量貢獻(xiàn)較大，抗拉強(qiáng)度重復(fù)性測(cè)量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為，評(píng)定一個(gè)試樣測(cè)量平均值的不確定度，故應(yīng)除以■，U1（Rm）=■×2=0.020488

2.2 截面積相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，Urel（So）

2.2.1 試樣尺寸測(cè)量?jī)x器引入的不確定度

本次試驗(yàn)測(cè)量試樣所使用的0～150mm游標(biāo)卡尺，經(jīng)計(jì)量合格，極限示值誤差為±0.01mm，即誤差范圍為（-0.01mm，0.01mm），置信水平為95%，包含因子k=1.96，尺寸計(jì)量?jī)x器所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：Ud1=0.01/1.96=0.0051mm。

2.2.2 由試驗(yàn)人員測(cè)量引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

在滿足重復(fù)性條件的統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)下，按實(shí)驗(yàn)室以往的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，檢測(cè)人員在測(cè)量尺寸引入的不確定度在置信水平95%時(shí)為0.01mm，由此引入的B類不確定度為：Ud2=0.01/1.96=0.0051mm，Ud1與Ud2是無(wú)關(guān)分量，尺寸測(cè)量的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，Ud=（Ud12+Ud22）1/2=0.0072mm；直徑測(cè)量相對(duì)不確定度：Udr=Ud/d=0.0072mm/d=0.0072mm/10=0.072%；圓截面積公式：S=πd2/4，△S/S=2△d/d；截面積的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：Urel（S0）=2Udr=2x0.072%=0.144%

2.3 載荷值測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

2.3.1 拉伸試驗(yàn)機(jī)自身引入的不確定度

拉伸試驗(yàn)機(jī)為1級(jí)，其示值誤差為±1%，滿足矩形分布，k=■，由此引入的B類不確定度為：UF1r=1%/K=0.58×10-2

2.3.2 拉伸試驗(yàn)機(jī)校準(zhǔn)測(cè)力儀引入的不確定度

拉伸試驗(yàn)機(jī)是借助于0.3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀校準(zhǔn)的，其置信因子k=2，由此引入的B類相對(duì)不確定度為：UF2r=0.3%/2=0.15×10-2

2.3.3 荷讀取時(shí)引入的B類相對(duì)不確定度

試驗(yàn)機(jī)采取計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)，不考慮讀取載荷數(shù)值時(shí)引入的不確定度。載荷值測(cè)量引入的合成相對(duì)不確定度為：Urel（Fm）=（UF1r2+UF2r2）1/2=0.60×10-2

2.4 進(jìn)行數(shù)字修約后引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

修約半?yún)^(qū)為0.5N/mm2，矩形分布，k=■，由此引入的B類不確定度為：U（a）=0.5/■=0.29。Urel（a）=0.29/516.2=0.056%

2.5 合成的抗拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

=0.21%

3 結(jié)論

抗拉強(qiáng)度擴(kuò)展不確定度的評(píng)定：選取包含因子k=2，置信概率P=95.45；Urel（Rm）=2x0.21%=0.42%，由此計(jì)算出金屬拉伸試驗(yàn)的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為0.42%

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T 228.1-2010 金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法，北京，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2010.

[2]測(cè)量不確定度評(píng)估簡(jiǎn)明教材.北京，2010.endprint