玻璃纖維增強(qiáng)塑料電纜導(dǎo)管環(huán)向拉伸強(qiáng)度的測(cè)量及不確定度評(píng)定

王偉 曾建梅 王建

摘 要：以編織纏繞拉擠（BWFRP）玻璃纖維增強(qiáng)塑料電纜導(dǎo)管為研究對(duì)象，建立了環(huán)向拉伸強(qiáng)度測(cè)量不確定度的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)DL/T 802.2-2017測(cè)定樣品環(huán)向拉伸強(qiáng)度，探討了破壞載荷、數(shù)值修約、試樣寬度和試樣厚度等參數(shù)對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。結(jié)果表明：影響環(huán)向拉伸強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果的最主要因素是破壞載荷測(cè)量重復(fù)性，適當(dāng)增加試驗(yàn)次數(shù)可減少因測(cè)量重復(fù)性引起的不確定度，是提高測(cè)量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵；當(dāng)玻璃纖維增強(qiáng)電纜導(dǎo)管拉伸強(qiáng)度為273.3MPa時(shí)，其擴(kuò)展不確定度為10.7MPa（包含因子k=2）。

關(guān)鍵詞：玻璃纖維增強(qiáng)塑料電纜導(dǎo)管，環(huán)向拉伸強(qiáng)度，不確定度，測(cè)量重復(fù)性

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

1 引 言

在城市建設(shè)工程中，電力電纜管線鋪設(shè)是極其重要的一部分，牽涉到城市的安全正常運(yùn)行，是城市電力安全運(yùn)行的重要保障。由于城市電力工程中的管線鋪設(shè)環(huán)境復(fù)雜、管線眾多等情況，對(duì)電力電纜保護(hù)套管的品質(zhì)和性能有很高的要求。玻璃纖維增強(qiáng)塑料電纜導(dǎo)管憑借新型材料和高性能優(yōu)勢(shì)，成為了城市電力電纜管線鋪設(shè)工程中不可忽視的配套產(chǎn)品，在城市電力市場(chǎng)中具有廣闊發(fā)展前景。

編織纏繞拉擠（BWFRP）玻璃纖維增強(qiáng)電纜導(dǎo)管以高性能樹(shù)脂為基體、無(wú)堿玻璃纖維無(wú)捻粗紗為增強(qiáng)材料，通過(guò)橫向和縱向相互交錯(cuò)編織拉擠成型的纖維拉擠電纜保護(hù)管，一般為淺綠色，色澤均勻、無(wú)雜質(zhì)，管道端口整齊、光滑，無(wú)任何可見(jiàn)缺陷。BWFRP纖維拉擠電纜保護(hù)管具有“環(huán)剛度高、拉伸強(qiáng)度高、耐高低溫、電絕緣性高、導(dǎo)熱性優(yōu)越、耐腐蝕、耐水、阻燃、安全環(huán)保、管材輕便”這十大優(yōu)勢(shì)，可以克服金屬管材不耐腐蝕、壽命短等劣勢(shì)；改善傳統(tǒng)纏繞玻璃鋼管管道夾砂嚴(yán)重、縱向強(qiáng)度不夠易斷裂等不足；消除PVC管材、PP管材強(qiáng)度低、不能承載高溫等隱患。

BWFR P纖維拉擠電纜保護(hù)管的環(huán)向拉伸強(qiáng)度是其重要的力學(xué)性能項(xiàng)目，是保證玻璃纖維增強(qiáng)電纜導(dǎo)管產(chǎn)品質(zhì)量最為重要性能指標(biāo)之一[1]。在實(shí)際測(cè)試中，由于測(cè)量誤差的存在，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的不確定性[2]。本文通過(guò)DL/T 802.2-2017[3]標(biāo)準(zhǔn)對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)電纜導(dǎo)管環(huán)向拉伸強(qiáng)度的進(jìn)行測(cè)量，分析影響測(cè)量結(jié)果的因素，并對(duì)其不確定度進(jìn)行評(píng)價(jià)，提高玻璃纖維增強(qiáng)電纜導(dǎo)管環(huán)向拉伸強(qiáng)度的測(cè)量結(jié)果的可靠度和準(zhǔn)確性[4-7]。

2 試驗(yàn)部分

2.1 測(cè)量原理

通過(guò)電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)以規(guī)定速率進(jìn)行拉伸套住環(huán)形試樣的分離盤，根據(jù)玻璃纖維增強(qiáng)電纜導(dǎo)管破壞載荷計(jì)算其環(huán)向拉伸強(qiáng)度。

2.2 儀器與材料

ETM504C微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)：測(cè)量范圍為0～50kN，準(zhǔn)確度等級(jí)0. 5級(jí)，深圳萬(wàn)測(cè)試驗(yàn)設(shè)備有限公司生產(chǎn)；

環(huán)形試樣拉伸試驗(yàn)分離盤：承德市金建檢測(cè)儀器有限公司制造；

數(shù)顯卡尺：測(cè)量范圍為0～20 0mm，最小分度值0.01mm，桂林廣陸數(shù)字測(cè)控股份有限公司制造；編織纏繞拉擠（BWFRP）玻璃纖維增強(qiáng)電纜導(dǎo)管：規(guī)格型號(hào)為d100mm×e3.0mm，某企業(yè)委托檢驗(yàn)用試樣。

2.3 數(shù)學(xué)模型

根據(jù)D L / T 8 0 2 . 2 - 2 0 1 7，本文選用規(guī)格為d10 0 m m×e 3 . 0 m m BW F R P玻璃纖維增強(qiáng)電纜導(dǎo)管。按照DL / T 802 .-2017附錄A標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用專用切割機(jī)制備10件環(huán)形試樣，在（23±2）℃和濕度（50%±5%）RH的狀態(tài)下調(diào)節(jié)24h后并在此環(huán)境條件下進(jìn)行試驗(yàn)，以（10±2）mm/min的速率對(duì)試樣進(jìn)行拉伸，根據(jù)試樣破壞時(shí)載荷計(jì)算環(huán)向拉伸強(qiáng)度，公式如（1）所示。

式中：σ—試樣環(huán)向拉伸強(qiáng)度，MPa；P—破壞載荷，N；b—試樣寬度，mm；h—試樣厚度，mm。

3 測(cè)量不確定度來(lái)源分析

在測(cè)量BWFRP玻璃纖維增強(qiáng)電纜導(dǎo)管環(huán)向拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)中，主要是由電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量的破壞載荷、試樣寬度和厚度決定。不確定度來(lái)源分析如圖1所示。

（1）破壞載荷P測(cè)量的不確定度的主要來(lái)源：

1）破壞載荷P測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度；

2）電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)力值準(zhǔn)確度精度等級(jí)引起的不確定度；

3）計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集記錄所帶來(lái)的不確定度；

4）電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)量值溯源的影響。

（2）試樣寬度b和試樣厚度h測(cè)定的不確定度的主要來(lái)源：

1）試樣寬度b和厚度h測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度；

2）數(shù)顯游標(biāo)卡尺的分辨率；

3）數(shù)顯游標(biāo)卡尺的最大允許誤差；

4）數(shù)顯游標(biāo)卡尺的精度等級(jí)。

（3）數(shù)值修約引起的不確定度。

4 不確定度分量評(píng)定

4.1 破壞載荷P測(cè)量不確定度的來(lái)源

破壞載荷P有4個(gè)不確定度來(lái)源：破壞載荷P測(cè)量的重復(fù)性，采用A類評(píng)定方法，電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)因校準(zhǔn)引入的不確定度、準(zhǔn)確度等級(jí)引入的不確定度及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)引起的不確定度和試驗(yàn)機(jī)，均采用B類評(píng)定方法[7]。

4.1.1 破壞載荷P因測(cè)量重復(fù)性引入的測(cè)量不確定度評(píng)定

用切割機(jī)從導(dǎo)管上切取1 0 個(gè)環(huán)形試樣，在（23±2）℃和濕度（50%±5%）RH的狀態(tài)下調(diào)節(jié)24h后并在此環(huán)境條件下進(jìn)行試驗(yàn)，以（10±2）mm/min的試驗(yàn)加載速度進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，直到試樣破壞，記錄破壞載荷，記為Pi（i=1，2，…，10）。測(cè)量重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

5 結(jié) 論

在玻璃纖維增強(qiáng)電纜導(dǎo)管環(huán)向拉伸強(qiáng)度測(cè)量中，破壞載荷對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響最大。在破壞載荷的測(cè)量中，測(cè)量重復(fù)性影響環(huán)向拉伸前強(qiáng)度不確定度的主要因素，由于試驗(yàn)機(jī)的性能是設(shè)備固有的，因此在實(shí)際檢測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)適當(dāng)增加測(cè)量次數(shù)可以減少因測(cè)量重復(fù)性引起的不確定度，是提高測(cè)量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。

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