金屬管材拉伸強(qiáng)度測試的不確定度評定

許志敏

（湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建莆田351254）

金屬管材拉伸強(qiáng)度測試的不確定度評定

許志敏

（湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建莆田351254）

文章從金屬管材試樣拉伸強(qiáng)度的試驗(yàn)方法入手，對其拉伸強(qiáng)度測試結(jié)果不確定度的產(chǎn)生因素進(jìn)行了分析。同時，文章還在分析的基礎(chǔ)上建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，對管材拉伸強(qiáng)度測試的不確定度進(jìn)行評價。

金屬管材;拉伸強(qiáng)度;不確定度;數(shù)學(xué)模型

作為材料驗(yàn)收及工藝設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)之一，拉伸強(qiáng)度測量結(jié)果的準(zhǔn)確度直接影響到金屬管材的評價。不確定度作為試驗(yàn)結(jié)果可信賴程度的表征方式，一方面為了方便使用它的人員評估其可信度，另一方面也提高了測量結(jié)果之間的可比性。由此，不確定度成了評價金屬管材測量結(jié)果的重要指標(biāo)之一。

文章從金屬管材拉伸強(qiáng)度的測試方法及相應(yīng)測試設(shè)備入手，對測試過程中的影響因素分析確認(rèn)、構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)評價。

1.不確定度來源分析

按照《金屬材料拉伸試驗(yàn)第一部分:室溫試驗(yàn)方法》（GB/T 228.1-2010），拉伸強(qiáng)度測試系在規(guī)定的試驗(yàn)環(huán)境下用拉力拉伸試樣，直至斷裂，按標(biāo)準(zhǔn)定義對數(shù)據(jù)進(jìn)行測定[1]。通過對試驗(yàn)方法進(jìn)行分析，拉伸強(qiáng)度的不確定度主要來源于測量設(shè)備、取樣及樣品加工等。

目前不確定度的評定方法主要有A類與B類兩種，A類不確定度評定方法采用實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差來表征，需要在試驗(yàn)結(jié)束后方能得出；B類不確定度評定則是從試驗(yàn)方法及試驗(yàn)設(shè)備等參數(shù)建立數(shù)據(jù)模型進(jìn)行估計。文章主要是根據(jù)抗拉強(qiáng)度的測量及計算方法對其測量的不確定度進(jìn)行評定，即文章采用了B類的評定方法。取樣及樣品加工主要涉及到批量測量時數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，主要影響到A類測量不確定度的評定，與B類測量不確定不存在直接關(guān)系。文章確定測量設(shè)備為金屬管材拉伸強(qiáng)度測量不確定度的來源，具體影響因素主要包括尺寸測量與力值測量。

2.測量數(shù)學(xué)模型

在拉伸試驗(yàn)中，管材的抗拉強(qiáng)度主要通過拉伸力值與試樣原始橫截面積按式（1）計算。

式中：

Rm為抗拉強(qiáng)度，單位為MPa；

Fm為最大力,單位為N；

S0為原始橫截面積，單位為mm2。

管材試樣原始橫截面積按式（2）計算。

式中：

S0為原始橫截面積，單位為mm2；

a0為原始管壁厚，單位為mm；

D0為原始管外直徑，單位為mm。

v綜合式（1）與式（2），管材抗拉強(qiáng)度的合成計算公式如式（3）。

式中：

Rm為抗拉強(qiáng)度，單位為MPa；

Fm為最大力,單位為N；

S0為原始橫截面積，單位為mm2；

a0為原始管壁厚，單位為mm；

D0為原始管外直徑，單位為mm。

3.測量不確定度評價

由式（3）分析可知，金屬管材抗拉強(qiáng)度的不確定度主要由最大力、原始管外直徑及原始管壁厚因素決定。由此，文章從以上三個因素出發(fā)按B類評定方法對金屬管材抗拉強(qiáng)度的不確定度進(jìn)行分析。

3.1 最大力不確定度的B類評定

3.2 原始管外直徑的B類評定

3.3 原始管壁厚的B類評定

3.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

按GB/T 228標(biāo)準(zhǔn)，最大力、原始管外直徑及原始管壁厚因素均為獨(dú)立測量的數(shù)據(jù)量，所以，上述三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量之間不相關(guān)。由此，金屬管材的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度可表示為：

3.5 擴(kuò)展不確定度

取置信概率p=95%，按照J(rèn)JF1059-2012《測量不確定度評定與表示》確定包含因子k=2.0[2]，相對擴(kuò)展不確定可表示為：

4.不確定度分析在測量中的應(yīng)用

假定材料試驗(yàn)機(jī)的求值誤差為0.01%，千分尺示值誤差為0.006%。則基于B類評定的管材抗拉強(qiáng)度擴(kuò)展不確定度為0.015%。

同時，使用該組測量設(shè)備進(jìn)行測量時，在置信概率為95%的情況下，其測量值Rm′與真實(shí)值Rm之間的關(guān)系為：

5.結(jié)論

抗拉強(qiáng)度雖是金屬管材的固有屬性之一，但是在實(shí)際測量中由于受到測量設(shè)備、環(huán)境、取樣方式、加載方式等各種外來因素的影響，其試驗(yàn)結(jié)果存在著一定的不確定性。文章從測試設(shè)備角度出發(fā)以不確定度分析的方式對該因素可能產(chǎn)生的不確定性進(jìn)行了分析，建立出相應(yīng)的測量數(shù)學(xué)模型，并在該基礎(chǔ)上得出擴(kuò)展不確定度的評價方式。

[1]國家標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB/T 228.1-2010，金屬材料拉伸試驗(yàn)第一部分:室溫試驗(yàn)方法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[2]國家標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.JJF1059.12012，測量不確定度評定與表示[S].北京:中國計量出版社,2012.

（責(zé)任編輯：仇富強(qiáng)）

TH87

A

1671-752X（2015）04-0041-02

2015-08-21

許志敏（1979-），男，福建莆田人，湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系講師，技師，研究方向：機(jī)械設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析與測試技術(shù)。