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金属材料拉伸试验抗拉强度测量不确定度评定

时间:2022-06-01 16:28:01  浏览次数:

zoޛ)j馑=]F材料拉伸试验第1部分:室温试验方法[1],日常试验经验相结合,采用A类评定方法对抗拉强度由各种因素引起的不确定度分量、合成不确定度及扩展不确定度进行评定,并给出了评定结果。

关键词:室温拉伸试验;不确定度;合成不确定度;扩展不确定度

测量不确定度被广泛用于描述测量结果的质量,最新定义:基于使用的信息,表征赋予被测量之值分散性的参数[2]。船用钢板是高附加值产品,性能直接关乎建造船舶质量,抗拉强度是其非常重要的力学性能指标。本文对此指标进行测量不确定度的评估,使检测数据更接近真实结果。

1 测量过程概述

1.1 测量方法及依据:金属材料拉伸试验检测标准GB/T228.1-2010《金属材料室温拉伸试验方法》,JJF1059-1999《测量不确定度评定和表示》及CNAS-GL05《测量不确定度要求的实施指南》。

1.2 环境条件:环境条件试验一般在温度(23±5)℃进行。本例试验温度为26℃。

1.3 测量设备:试验机采用经计量部门检定合格的微机控制电液伺服万能试验机SHT4305(计量检定合格为1级,示值相对最大允许误差±0.30%);计量检定合格的数显0~150mm游标卡尺(分辨力0.01mm)。

1.4 检测对象:采用满足GB/T228-2010标准要求的金属材料拉伸试样,本例試样材料为船用板AH32,加工成圆形试棒,试棒原始直径10mm。

表1 重复性试验测量结果

2 建立数学模型

根据拉伸试验抗拉强度Rm计算公式:Rm=■,式中:Rm-抗拉强度,Fm-最大力,S0-原始横截面积,最终读数按照标准需要修约。合成的抗拉强度的标准不确定度:

Ur2(Rm)=

2.1 由于拉伸性能重复性较差,A类不确定度分量贡献较大,抗拉强度重复性测量引入的相对标准不确定度为,评定一个试样测量平均值的不确定度,故应除以■,U1(Rm)=■×2=0.020488

2.2 截面积相对标准不确定度,Urel(So)

2.2.1 试样尺寸测量仪器引入的不确定度

本次试验测量试样所使用的0~150mm游标卡尺,经计量合格,极限示值误差为±0.01mm,即误差范围为(-0.01mm,0.01mm),置信水平为95%,包含因子k=1.96,尺寸计量仪器所引入的标准不确定度为:Ud1=0.01/1.96=0.0051mm。

2.2.2 由试验人员测量引起的标准不确定度

在满足重复性条件的统计控制状态下,按实验室以往的经验数据,检测人员在测量尺寸引入的不确定度在置信水平95%时为0.01mm,由此引入的B类不确定度为:Ud2=0.01/1.96=0.0051mm,Ud1与Ud2是无关分量,尺寸测量的合成标准不确定度,Ud=(Ud12+Ud22)1/2=0.0072mm;直径测量相对不确定度:Udr=Ud/d=0.0072mm/d=0.0072mm/10=0.072%;圆截面积公式:S=πd2/4,△S/S=2△d/d;截面积的相对标准不确定度为:Urel(S0)=2Udr=2x0.072%=0.144%

2.3 载荷值测量引入的标准不确定度

2.3.1 拉伸试验机自身引入的不确定度

拉伸试验机为1级,其示值误差为±1%,满足矩形分布,k=■,由此引入的B类不确定度为:UF1r=1%/K=0.58×10-2

2.3.2 拉伸试验机校准测力仪引入的不确定度

拉伸试验机是借助于0.3级标准测力仪校准的,其置信因子k=2,由此引入的B类相对不确定度为:UF2r=0.3%/2=0.15×10-2

2.3.3 荷读取时引入的B类相对不确定度

试验机采取计算机采集数据,不考虑读取载荷数值时引入的不确定度。载荷值测量引入的合成相对不确定度为:Urel(Fm)=(UF1r2+UF2r2)1/2=0.60×10-2

2.4 进行数字修约后引入的标准不确定度

修约半区为0.5N/mm2,矩形分布,k=■,由此引入的B类不确定度为:U(a)=0.5/■=0.29。Urel(a)=0.29/516.2=0.056%

2.5 合成的抗拉强度的标准不确定度

=0.21%

3 结论

抗拉强度扩展不确定度的评定:选取包含因子k=2,置信概率P=95.45;Urel(Rm)=2x0.21%=0.42%,由此计算出金属拉伸试验的相对扩展不确定度为0.42%

参考文献

[1]GB/T 228.1-2010 金属材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法,北京,中国国家标准化管理委员会,2010.

[2]测量不确定度评估简明教材.北京,2010.

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