孫晉龍

摘? ? 要：根據(jù)JJF 1059.2-2012的要求，本文評(píng)估了58 Si Mn圓棒抗拉強(qiáng)度測(cè)量系統(tǒng)的不確定度，分析了各種不確定度來(lái)源和評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。通過(guò)評(píng)估方法的選擇，不確定度分量的選擇和測(cè)量系統(tǒng)的要求，可以為測(cè)量系統(tǒng)的不確定性對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量能力和穩(wěn)定性的真實(shí)反映提供保證，并可以提供有效的可靠的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：金屬材料;拉伸試驗(yàn);測(cè)量結(jié)果不確定度

1? 前言

對(duì)于金屬材料來(lái)說(shuō)，其機(jī)械性能來(lái)源于本身的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成，這兩者是主要決定因素。金屬材料的力學(xué)性能測(cè)試中的重要元素之一是材料的拉伸性能測(cè)試，可用于有效評(píng)估材料的力學(xué)性能，并被廣泛使用。

2? 方法與條件

測(cè)定方法：根據(jù)GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)》的第1部分：室溫試驗(yàn)方法進(jìn)行。環(huán)境條件：測(cè)試溫度應(yīng)在10℃和36℃之間，本試驗(yàn)選擇溫度為20℃;相對(duì)濕度不超過(guò)85%，本試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)相對(duì)濕度為79%。測(cè)試對(duì)象：58SiMn圓柱棒。設(shè)備：CMT4205-20T電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力計(jì)，千分尺。

3? 不確定度來(lái)源

測(cè)量所得數(shù)值的四舍五入修約算法和測(cè)量?jī)x器存在的不確定性是拉伸試驗(yàn)結(jié)構(gòu)不確定性的主要因素。由于有許多因素可能影響樣品的均勻性，如采樣表示和熱處理均勻性，因此不能與測(cè)量系統(tǒng)的不確定性評(píng)估范圍相適應(yīng)。

4? 數(shù)學(xué)模型建立及相關(guān)試驗(yàn)

拉伸強(qiáng)度測(cè)試的兩個(gè)主要試驗(yàn)參數(shù)是試驗(yàn)機(jī)的拉力值和試樣直徑。Rm=f（Fm，d）=4 Fm/πd2，其中Rm表示拉伸強(qiáng)度N，F(xiàn)m表示最大拉伸力N，d表示圓棒樣品。截面直徑，mm。主要的拉伸強(qiáng)度測(cè)試裝置是測(cè)量力值的測(cè)試器，校準(zhǔn)測(cè)試機(jī)器的測(cè)力計(jì)，以及測(cè)量樣品長(zhǎng)度的千分尺。

4.1? 最大拉力值Fm的標(biāo)準(zhǔn)不確定度μ（Fm）

最大拉力值Fm的不確定性的主要組成部分是試驗(yàn)機(jī)指示誤差的不確定性和試驗(yàn)機(jī)的校準(zhǔn)誤差。一方面，一部分不確定性的分項(xiàng)內(nèi)容與試驗(yàn)機(jī)的讀數(shù)誤差有關(guān)。試驗(yàn)機(jī)力的數(shù)值測(cè)量的數(shù)學(xué)模型為Fm=F-ΔF，其中Fm代表測(cè)量值，F(xiàn)代表試驗(yàn)機(jī)的讀數(shù)，ΔF代表試驗(yàn)機(jī)的指示誤差。一些不確定因素是測(cè)試機(jī)器指示誤差不確定性的主要因素，如信號(hào)轉(zhuǎn)換或放大，采樣頻率，數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換和傳感器檢測(cè)能力等。這些參數(shù)可以由測(cè)試者制造商獲得。然而，通常還需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試儀和不確定度進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，這是因?yàn)闇y(cè)試中的不確定性因素較多，結(jié)合這些影響因素導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果的可靠性不足。必須根據(jù)A類(lèi)定律判斷多次測(cè)量的結(jié)果。測(cè)功機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)值為80kN，拉伸試驗(yàn)機(jī)的讀數(shù)如表。一組數(shù)據(jù)完成后，沒(méi)有異常數(shù)據(jù)被排除在外。

讀數(shù)誤差標(biāo)準(zhǔn)不確定分量為μ（Fm1）=0.021%，平均值Fm=79814.03 N.由于通過(guò)該年度穩(wěn)定性產(chǎn)生的A類(lèi)方法不確定性分量的基礎(chǔ)上，測(cè)量數(shù)據(jù)所獲得的測(cè)試儀誤差的不確定性是沒(méi)有必要考慮。在另一方面，試驗(yàn)機(jī)，校準(zhǔn)試驗(yàn)機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力計(jì)測(cè)試或校準(zhǔn)顯示錯(cuò)誤的不確定性的校準(zhǔn)誤差的不確定性的內(nèi)容，作為功率計(jì)的年度穩(wěn)定性使用0.3級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)不確定性是標(biāo)準(zhǔn)不確定性的兩個(gè)主要原因。一般而言，具有不確定年穩(wěn)定性準(zhǔn)則分布可以被認(rèn)為是均勻的，也可以采取包含因子k=3，和B類(lèi)方法被用作用于評(píng)估的基礎(chǔ)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)功機(jī)，年度穩(wěn)定性不確定性通?？梢院雎圆挥?jì)?；谟伤鲵?yàn)證證書(shū)給定了顯示錯(cuò)誤的0.01%，不確定性是μ（Fm2）=0.01%/3=0.0058%，合成不確定性是Fm。兩個(gè)不確定性：μ2（Fm）=μ2（Fm1）+μ2（Fm2），μ（Fm）=0.022%。

4.2? 圓棒直徑d標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

圓棒直徑的數(shù)學(xué)模型為d=d m-e，其中，數(shù)學(xué)模型中d代表的是圓棒直徑的實(shí)測(cè)值，mm，dm是圓棒直徑的測(cè)量值，mm，e表示圓棒的直徑的千分尺誤差測(cè)量值，mm。圓棒的直徑的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要由圓棒直徑讀出錯(cuò)誤的測(cè)量誤差和圓桿直徑的千分尺，指示錯(cuò)誤確定。前者是由測(cè)試儀引入的用于測(cè)量直徑測(cè)量值的小項(xiàng)目，雖然有許多影響因素，但可以使用A類(lèi)重復(fù)測(cè)量結(jié)果的不確定性評(píng)估。

μ（d1）= 0.010%，將其平均值d =10.048毫米。千分尺所造成的由圓棒的直徑的指示的誤差測(cè)量值的誤差的不確定性，驗(yàn)證者讀數(shù)的重復(fù)性，該千分尺指示值和其它因素會(huì)影響它。數(shù)學(xué)模型為e =Lm-Lb+LmαmΔtm-LbαbΔtb，其中e是千分尺錯(cuò)誤示值;Lm為在20℃下測(cè)微計(jì)指示;，Lb是20℃的環(huán)境下的標(biāo)距長(zhǎng)度值;αb，αm是量塊和千分尺的線性膨脹系數(shù);Δtm，Δtb指所用千分尺的偏差，并從20℃參考溫度下的量塊。驗(yàn)證證書(shū)提供指示誤差的不確定性，該測(cè)量值是10.00毫米，不確定性是0.55μm，而相對(duì)不確定度為0.0055%。指示值的分布誤差是均勻的，并且可以采用包含因子k=3。由指示誤差產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度是μ（d2）=0.0032%，并且直徑標(biāo)準(zhǔn)不確定度是μ2（d）=μ2（d1）+μ2（d2），μ（d）=0.010%。

4.3? 數(shù)字修約不確定度評(píng)定

當(dāng)待測(cè)機(jī)器約為0.1N時(shí)，測(cè)量結(jié)果為0.1/79814.03×100%=0.00013%，其分布可視為均勻。數(shù)值修復(fù)不確定度為μr=0.00013%/3=0.000072%?？梢院雎?。當(dāng)將其修復(fù)至約1N/mm2時(shí)，認(rèn)為分布均勻，并且μr=0.5/3=0.29N/mm 2。最終試驗(yàn)的拉伸強(qiáng)度確定為R m=4F m/πd2=1007N/mm 2，并且數(shù)字圓化的相對(duì)不確定度為μr=0.02%。

4.4? 綜合不確定性評(píng)估

不確定性分量相互之間沒(méi)有相關(guān)性，因此μ2（R m）=μ（F m）2+2μ（d）2，μ（R m）=0.022%。

4.5? 不確定度報(bào)告

試驗(yàn)所測(cè)的金屬材料的抗拉強(qiáng)度測(cè)量和不確定度評(píng)估結(jié)果為：R m=1007N/mm2，U=0.062%，K=2。

5? 結(jié)論

總而言之，在性能測(cè)試中，通常只需要測(cè)試和評(píng)估單個(gè)樣品的結(jié)果。多個(gè)樣品或樣品可能由于取樣，或熱處理期間的散熱和不均勻加熱，而導(dǎo)致較大的不均勻性出現(xiàn)在樣品中，這樣的測(cè)量無(wú)意義，這種數(shù)據(jù)浮動(dòng)情況并不能表示測(cè)量系統(tǒng)存在不穩(wěn)定，因此，單個(gè)樣品測(cè)試成為了拉伸測(cè)試中通常會(huì)使用的方案。

參考文獻(xiàn)：

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