測(cè)量不確定度在鋼材力學(xué)性能檢驗(yàn)中的應(yīng)用

王瑤

河南安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司 河南安陽 455004

人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到測(cè)量值統(tǒng)一和全面地描述各項(xiàng)測(cè)量結(jié)果的重要性。測(cè)量的不確定性解決了許多問題。經(jīng)過幾十年的改進(jìn)和完善，世界各地科學(xué)家的不懈努力，不確定性的概念和理論得到了系統(tǒng)和完善，并在世界范圍內(nèi)得到廣泛接受。

1 慨況

在檢驗(yàn)鋼材中，測(cè)量的不確定度是測(cè)量質(zhì)量可能產(chǎn)生的誤差的測(cè)量和定量參數(shù)。必須通過不確定度措施評(píng)估質(zhì)量，以繼續(xù)技術(shù)交流和發(fā)展國際貿(mào)易。它使各國能夠比較各項(xiàng)測(cè)量結(jié)果。為了統(tǒng)一質(zhì)量評(píng)估，前聯(lián)合國統(tǒng)計(jì)研究所的統(tǒng)計(jì)人員埃森哈特在其為“設(shè)備校準(zhǔn)系統(tǒng)的精度和精度估計(jì)”的研究中提出了一個(gè)不確定度概念。1970年代，不確定度的定量表示方式發(fā)生了變化，而聯(lián)邦統(tǒng)計(jì)局則研究并推出了MAP方案。探討了測(cè)量不確定度評(píng)定中存在的問題[1]。

2 在鋼材力學(xué)性能檢驗(yàn)中測(cè)量不確定度應(yīng)用的必要性

（1）不確定度測(cè)量對(duì)于鋼表面檢驗(yàn)是必要的。在鋼材質(zhì)量檢驗(yàn)過程中，產(chǎn)品尺寸是一個(gè)非常重要的檢驗(yàn)環(huán)節(jié)。例如，長度、外徑、橢圓和壁厚是檢驗(yàn)鋼產(chǎn)品形狀的重要指標(biāo)。檢查鋼筋產(chǎn)品形狀時(shí)，應(yīng)檢查鋼筋的橫向高度、內(nèi)徑、固定長度、間距和縱向高度的測(cè)量不確定性。長度和直徑是控制圓鋼產(chǎn)品形狀的主要指標(biāo)。同時(shí)，在驗(yàn)證鋼筋產(chǎn)品形狀時(shí)，產(chǎn)品寬度、長度和厚度由測(cè)量不確定性控制。測(cè)量長度值時(shí)，必須專注于測(cè)量兩點(diǎn)之間的距離。不同產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)差別存在很大差異。合格產(chǎn)品必須確保指標(biāo)在范圍內(nèi)，如果相應(yīng)的指標(biāo)超出范圍，則可視為不合格。因此，在生產(chǎn)過程中測(cè)試產(chǎn)品測(cè)量的不確定性很對(duì)于產(chǎn)品來說十分重要，衡量質(zhì)量是決定產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)因素[2]。因此，檢測(cè)鋼材的力學(xué)性能時(shí)，有必要對(duì)鋼材表面進(jìn)行良好的測(cè)試。

（2）在鋼材力學(xué)性能試驗(yàn)中需要應(yīng)用不確定度測(cè)量。拉伸試驗(yàn)是測(cè)量鋼材力學(xué)性能的最重要方法。拉伸試驗(yàn)不僅可以測(cè)量鋼材的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，還可以測(cè)量鋼材斷裂后的伸長力、最大載荷能力和收縮率。在測(cè)量上述指標(biāo)時(shí)，從過渡盤讀取指針，從而提高精度，但考慮到拉伸測(cè)試的當(dāng)前狀態(tài)，通常使用傳感器技術(shù)讀取數(shù)據(jù)。讀取電壓時(shí)，不再需要讀取過多磁盤上的指針，而是通過數(shù)字讀取方法直接讀取。在這一過程中，數(shù)據(jù)不確定度可以大大減少，甚至可以忽略。

3 測(cè)量不確定度在鋼材力學(xué)性能檢驗(yàn)中的應(yīng)用

（1）確定不確定度的來源。技術(shù)和信息的進(jìn)步也提高了鋼材的性能和技術(shù)含量，測(cè)量的不確定度可能來自許多方面，例如測(cè)量過程中的環(huán)境影響、機(jī)械設(shè)備的故障，當(dāng)然也可能來自無代表性的取樣。這要求檢測(cè)員合理地控制這些不確定性，這對(duì)于最終測(cè)量試驗(yàn)結(jié)果具有重要意義，其重要性不容忽視或低估。同時(shí)，試驗(yàn)人員的工作經(jīng)驗(yàn)、工作態(tài)度和總體質(zhì)量也可能在檢測(cè)鋼材力學(xué)性能時(shí)影響不確定度度的大小。此外，相關(guān)檢測(cè)儀器故障或分辨率不足也有可能導(dǎo)致最終計(jì)算參數(shù)不準(zhǔn)確，只有通過深入的分析和改善，從而將這些不確定性限制在合理范圍內(nèi)，以便提高檢測(cè)質(zhì)量[3]。

（2）創(chuàng)建有效的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)建模還可以測(cè)量鋼材力學(xué)性能測(cè)量中不確定度的應(yīng)用價(jià)值，這需要控制輸入之間的功能關(guān)系，以確保數(shù)學(xué)模型的科學(xué)合理性。試驗(yàn)本身-即使是為了確定鋼材的價(jià)值以及最終試驗(yàn)的結(jié)果是否會(huì)影響鋼材的力學(xué)性能，因此在充分考慮到各種因素的情況下開發(fā)合理的數(shù)學(xué)模型也十分有必要。

（3）計(jì)算和擴(kuò)展不確定度。建立數(shù)學(xué)模型后，對(duì)鋼材進(jìn)行了進(jìn)一步計(jì)算，并對(duì)相應(yīng)構(gòu)件的不確定性進(jìn)行綜合分析。這需要根據(jù)每個(gè)構(gòu)件的特性進(jìn)行精確的評(píng)估和計(jì)算，合理選擇計(jì)算方法。此外，不確定度可能會(huì)適當(dāng)拓展，因?yàn)樵阡摬牧W(xué)性能測(cè)試中，通常需要通過在一定程度上對(duì)不確定度的擴(kuò)展，從而提高最終結(jié)果的質(zhì)量。

4 測(cè)量不確定度在鋼材力學(xué)性能分析

（1）測(cè)量的結(jié)果。如若檢驗(yàn)結(jié)果表明爐內(nèi)可能存在混合物，那么就表明鋼的化學(xué)成分不均勻。同時(shí)，測(cè)量的不確定度也與產(chǎn)品規(guī)格密切相關(guān)。例如，產(chǎn)品規(guī)格越大，相關(guān)測(cè)量的不確定性就越大。由此可見，鋼材力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果與產(chǎn)品尺寸是否規(guī)范密切相關(guān)。即使對(duì)于同一批鋼材，測(cè)量不確定度的最終評(píng)估結(jié)果也可能因規(guī)格的大小而不同。

（2）在鋼材的力學(xué)性能測(cè)試過程中，其他因素也可能受到不確定度的影響。應(yīng)對(duì)這些因素進(jìn)行評(píng)估和分析，以考慮到評(píng)價(jià)結(jié)果的差異。一般來說，鋼材力學(xué)性能主要通過改變速率進(jìn)行測(cè)試，但也在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)的最終結(jié)果表明，在一定的情況下，強(qiáng)度對(duì)鋼材性能沒有重大影響，但其他因素對(duì)性能的影響會(huì)更大。

評(píng)估結(jié)果的應(yīng)用。在檢測(cè)鋼材的力學(xué)性能時(shí)應(yīng)充分利用最終評(píng)價(jià)結(jié)果。一般來說，基于不確定度測(cè)量的力學(xué)性能測(cè)試的最終結(jié)果主要應(yīng)用于產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)。只有這樣，產(chǎn)品質(zhì)量才能滿足生產(chǎn)和經(jīng)營需要，最大限度地滿足工業(yè)發(fā)展需要。例如，我們選擇了一兩個(gè)測(cè)試組來評(píng)估鋼材的性能，并在統(tǒng)一條件下控制它。因此，就要對(duì)不同鋼材測(cè)量的不確定性進(jìn)行評(píng)估。當(dāng)然，最終評(píng)估的結(jié)果也存在差異，這可能是由于鋼本材身的隨機(jī)性質(zhì)造成的[4]。

5 結(jié)語

鑒于這些發(fā)展，由于科學(xué)和信息技術(shù)的進(jìn)步，鋼鐵產(chǎn)品的性能越來越重要，導(dǎo)致對(duì)測(cè)試方法的需求增加。鋼材力學(xué)性能需要用高效的技術(shù)手段進(jìn)行測(cè)試。不確定度是一種常用的技術(shù)工具，用于測(cè)量鋼材的性能并提高最終結(jié)果的可參考性。最終結(jié)果取決于測(cè)試結(jié)果，在測(cè)試過程中就需要對(duì)各種因素進(jìn)行更深入的分析。