玻璃纖維增強塑料電纜導管環向拉伸強度的測量及不確定度評定

王偉 曾建梅 王建

摘 要：以編織纏繞拉擠（BWFRP）玻璃纖維增強塑料電纜導管為研究對象，建立了環向拉伸強度測量不確定度的數學模型，根據DL/T 802.2-2017測定樣品環向拉伸強度，探討了破壞載荷、數值修約、試樣寬度和試樣厚度等參數對測定結果的影響。結果表明：影響環向拉伸強度測量結果的最主要因素是破壞載荷測量重復性，適當增加試驗次數可減少因測量重復性引起的不確定度，是提高測量準確性的關鍵；當玻璃纖維增強電纜導管拉伸強度為273.3MPa時，其擴展不確定度為10.7MPa（包含因子k=2）。

關鍵詞：玻璃纖維增強塑料電纜導管，環向拉伸強度，不確定度，測量重復性

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2023.01.020

1 引 言

在城市建設工程中，電力電纜管線鋪設是極其重要的一部分，牽涉到城市的安全正常運行，是城市電力安全運行的重要保障。由于城市電力工程中的管線鋪設環境復雜、管線眾多等情況，對電力電纜保護套管的品質和性能有很高的要求。玻璃纖維增強塑料電纜導管憑借新型材料和高性能優勢，成為了城市電力電纜管線鋪設工程中不可忽視的配套產品，在城市電力市場中具有廣闊發展前景。

編織纏繞拉擠（BWFRP）玻璃纖維增強電纜導管以高性能樹脂為基體、無堿玻璃纖維無捻粗紗為增強材料，通過橫向和縱向相互交錯編織拉擠成型的纖維拉擠電纜保護管，一般為淺綠色，色澤均勻、無雜質，管道端口整齊、光滑，無任何可見缺陷。BWFRP纖維拉擠電纜保護管具有“環剛度高、拉伸強度高、耐高低溫、電絕緣性高、導熱性優越、耐腐蝕、耐水、阻燃、安全環保、管材輕便”這十大優勢，可以克服金屬管材不耐腐蝕、壽命短等劣勢；改善傳統纏繞玻璃鋼管管道夾砂嚴重、縱向強度不夠易斷裂等不足；消除PVC管材、PP管材強度低、不能承載高溫等隱患。

BWFR P纖維拉擠電纜保護管的環向拉伸強度是其重要的力學性能項目，是保證玻璃纖維增強電纜導管產品質量最為重要性能指標之一[1]。在實際測試中，由于測量誤差的存在，導致測量結果的不確定性[2]。本文通過DL/T 802.2-2017[3]標準對玻璃纖維增強電纜導管環向拉伸強度的進行測量，分析影響測量結果的因素，并對其不確定度進行評價，提高玻璃纖維增強電纜導管環向拉伸強度的測量結果的可靠度和準確性[4-7]。

2 試驗部分

2.1 測量原理

通過電子萬能試驗機以規定速率進行拉伸套住環形試樣的分離盤，根據玻璃纖維增強電纜導管破壞載荷計算其環向拉伸強度。

2.2 儀器與材料

ETM504C微機控制電子萬能試驗機：測量范圍為0～50kN，準確度等級0. 5級，深圳萬測試驗設備有限公司生產；

環形試樣拉伸試驗分離盤：承德市金建檢測儀器有限公司制造；

數顯卡尺：測量范圍為0～20 0mm，最小分度值0.01mm，桂林廣陸數字測控股份有限公司制造；編織纏繞拉擠（BWFRP）玻璃纖維增強電纜導管：規格型號為d100mm×e3.0mm，某企業委托檢驗用試樣。

2.3 數學模型

根據D L / T 8 0 2 . 2 - 2 0 1 7，本文選用規格為d10 0 m m×e 3 . 0 m m BW F R P玻璃纖維增強電纜導管。按照DL / T 802 .-2017附錄A標準規定，采用專用切割機制備10件環形試樣，在（23±2）℃和濕度（50%±5%）RH的狀態下調節24h后并在此環境條件下進行試驗，以（10±2）mm/min的速率對試樣進行拉伸，根據試樣破壞時載荷計算環向拉伸強度，公式如（1）所示。

式中：σ—試樣環向拉伸強度，MPa；P—破壞載荷，N；b—試樣寬度，mm；h—試樣厚度，mm。

3 測量不確定度來源分析

在測量BWFRP玻璃纖維增強電纜導管環向拉伸強度試驗中，主要是由電子萬能試驗機測量的破壞載荷、試樣寬度和厚度決定。不確定度來源分析如圖1所示。

（1）破壞載荷P測量的不確定度的主要來源：

1）破壞載荷P測量重復性引入的不確定度；

2）電子萬能試驗機力值準確度精度等級引起的不確定度；

3）計算機數據采集記錄所帶來的不確定度；

4）電子萬能試驗機量值溯源的影響。

（2）試樣寬度b和試樣厚度h測定的不確定度的主要來源：

1）試樣寬度b和厚度h測量重復性引入的不確定度；

2）數顯游標卡尺的分辨率；

3）數顯游標卡尺的最大允許誤差；

4）數顯游標卡尺的精度等級。

（3）數值修約引起的不確定度。

4 不確定度分量評定

4.1 破壞載荷P測量不確定度的來源

破壞載荷P有4個不確定度來源：破壞載荷P測量的重復性，采用A類評定方法，電子萬能試驗機因校準引入的不確定度、準確度等級引入的不確定度及計算機數據采集系統引起的不確定度和試驗機，均采用B類評定方法[7]。

4.1.1 破壞載荷P因測量重復性引入的測量不確定度評定

用切割機從導管上切取1 0 個環形試樣，在（23±2）℃和濕度（50%±5%）RH的狀態下調節24h后并在此環境條件下進行試驗，以（10±2）mm/min的試驗加載速度進行拉伸試驗，直到試樣破壞，記錄破壞載荷，記為Pi（i=1，2，…，10）。測量重復性試驗結果見表1。

5 結 論

在玻璃纖維增強電纜導管環向拉伸強度測量中，破壞載荷對測量結果的影響最大。在破壞載荷的測量中，測量重復性影響環向拉伸前強度不確定度的主要因素，由于試驗機的性能是設備固有的，因此在實際檢測試過程中，通過適當增加測量次數可以減少因測量重復性引起的不確定度，是提高測量準確性的關鍵。

參考文獻

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