金屬材料拉伸試驗抗拉強度測量不確定度評定

申穎娉+金濤+陳瑜

摘 要：以測量控樣若干為例，根據GB/T 228.1-2010金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法[1]，日常試驗經驗相結合，采用A類評定方法對抗拉強度由各種因素引起的不確定度分量、合成不確定度及擴展不確定度進行評定，并給出了評定結果。

關鍵詞：室溫拉伸試驗；不確定度；合成不確定度；擴展不確定度

測量不確定度被廣泛用于描述測量結果的質量，最新定義：基于使用的信息，表征賦予被測量之值分散性的參數[2]。船用鋼板是高附加值產品，性能直接關乎建造船舶質量，抗拉強度是其非常重要的力學性能指標。本文對此指標進行測量不確定度的評估，使檢測數據更接近真實結果。

1 測量過程概述

1.1 測量方法及依據：金屬材料拉伸試驗檢測標準GB/T228.1-2010《金屬材料室溫拉伸試驗方法》，JJF1059-1999《測量不確定度評定和表示》及CNAS-GL05《測量不確定度要求的實施指南》。

1.2 環境條件：環境條件試驗一般在溫度（23±5）℃進行。本例試驗溫度為26℃。

1.3 測量設備：試驗機采用經計量部門檢定合格的微機控制電液伺服萬能試驗機SHT4305（計量檢定合格為1級，示值相對最大允許誤差±0.30%）；計量檢定合格的數顯0～150mm游標卡尺（分辨力0.01mm）。

1.4 檢測對象：采用滿足GB/T228-2010標準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 重復性試驗測量結果

2 建立數學模型

根據拉伸試驗抗拉強度Rm計算公式：Rm=■，式中：Rm-抗拉強度，Fm-最大力，S0-原始橫截面積，最終讀數按照標準需要修約。合成的抗拉強度的標準不確定度：

Ur2（Rm）=

2.1 由于拉伸性能重復性較差，A類不確定度分量貢獻較大，抗拉強度重復性測量引入的相對標準不確定度為，評定一個試樣測量平均值的不確定度，故應除以■，U1（Rm）=■×2=0.020488

2.2 截面積相對標準不確定度，Urel（So）

2.2.1 試樣尺寸測量儀器引入的不確定度

本次試驗測量試樣所使用的0～150mm游標卡尺，經計量合格，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，尺寸計量儀器所引入的標準不確定度為：Ud1=0.01/1.96=0.0051mm。

2.2.2 由試驗人員測量引起的標準不確定度

在滿足重復性條件的統計控制狀態下，按實驗室以往的經驗數據，檢測人員在測量尺寸引入的不確定度在置信水平95%時為0.01mm，由此引入的B類不確定度為：Ud2=0.01/1.96=0.0051mm，Ud1與Ud2是無關分量，尺寸測量的合成標準不確定度，Ud=（Ud12+Ud22）1/2=0.0072mm；直徑測量相對不確定度：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；截面積的相對標準不確定度為：Urel（S0）=2Udr=2x0.072%=0.144%

2.3 載荷值測量引入的標準不確定度

2.3.1 拉伸試驗機自身引入的不確定度

拉伸試驗機為1級，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 拉伸試驗機校準測力儀引入的不確定度

拉伸試驗機是借助于0.3級標準測力儀校準的，其置信因子k=2，由此引入的B類相對不確定度為：UF2r=0.3%/2=0.15×10-2

2.3.3 荷讀取時引入的B類相對不確定度

試驗機采取計算機采集數據，不考慮讀取載荷數值時引入的不確定度。載荷值測量引入的合成相對不確定度為：Urel（Fm）=（UF1r2+UF2r2）1/2=0.60×10-2

2.4 進行數字修約后引入的標準不確定度

修約半區為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 合成的抗拉強度的標準不確定度

=0.21%

3 結論

抗拉強度擴展不確定度的評定：選取包含因子k=2，置信概率P=95.45；Urel（Rm）=2x0.21%=0.42%，由此計算出金屬拉伸試驗的相對擴展不確定度為0.42%

參考文獻

[1]GB/T 228.1-2010 金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法，北京，中國國家標準化管理委員會，2010.

[2]測量不確定度評估簡明教材.北京，2010.endprint