王方

[摘? ? 要]金屬材料對于社會發(fā)展有著重要作用，在人類文明發(fā)展史上，青銅、生鐵、鋁等金屬對于生產力的提升起到關鍵作用。尤其是現(xiàn)代社會，對于金屬材料的需求進一步增大。本文主要介紹了金屬材料力學性能的重要性，詳細介紹了日常生活中常見的評定方法，探討影響金屬材料力學性能的不確定因素，以供相關工作人員借鑒分析。

[關鍵詞]金屬材料;力學性能;性能測試;不確定度

[中圖分類號]TG14 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）06–00–03

Study on Evaluation of Uncertainty in Testing of Mechanical Properties

Wang Fang

[Abstract]Metal materials play an important role in social development. In the history of human civilization development， metals such as bronze， pig iron， and aluminum have played a key role in increasing productivity. Especially in modern society， the demand for metal materials has further increased. This article mainly introduces the importance of the mechanical properties of metal materials， introduces in detail the common assessment methods in daily life， and discusses the uncertain factors that affect the mechanical properties of metal materials， so as to provide relevant staff for reference and analysis.

[Keywords]metal materials;mechanical properties;performance testing;uncertainty

從人類文明發(fā)展史中，可以發(fā)現(xiàn)金屬冶煉技術的提升，代表著人類社會逐漸邁入新的時代，隨著金屬冶煉技術的提升，人類可以使用這些金屬作為生活器具或者武器材料。隨著科學技術的發(fā)展，以往一些珍貴的金屬在現(xiàn)階段社會中已經(jīng)較為普遍，重視對金屬材料的研究，對于提高國家綜合實力有著重要作用。

1 金屬材料力學性能重要性

1.1 金屬材料在軍事工程中的廣泛應用

在現(xiàn)階段社會發(fā)展中，由于地域矛盾與民族矛盾日益增加，結合歷史、人文等因素，存在爆發(fā)戰(zhàn)爭的風險。如何抵御外界侵擾，離不開軍事的發(fā)展。隨著軍工業(yè)的快速發(fā)展，對于金屬材料的需求不斷加大，越來越多的合金應用于軍事發(fā)展中，逐步增強國家軍事實力。

我國重視航空航天、艦載航母等軍事發(fā)展，從而提高我國整體綜合實力，作為我軍的重要武器，航母整體建造技術直接體現(xiàn)了一個國家的制造業(yè)能力。為了減輕航母的整體重量，改善和提高其戰(zhàn)斗力，延長使用壽命，航母上小到螺栓螺釘大到鈑金件多采用鈦合金制造。這種金屬的使用，對于提升我國軍事力量有著重要作用。在軍事發(fā)展中，高強度材料的需求較大，很多金屬材料研究所重視對稀土元素的研究，從而合成更多性能較強的金屬材料，為推動軍事技術發(fā)展起到關鍵作用。對于裝甲車而言，需采用耐磨性好，硬度高的材料以發(fā)揮其功能，因此，重視對金屬材料力學性能的研究，對于軍事發(fā)展有著重要意義。

1.2 金屬材料在生活、生產領域中的應用

在日常生活中，金屬材料的應用較為普遍，很多金屬材料已經(jīng)在日常生活中普及開來，其中影響較大的有不銹鋼與鋁制品。很多生活中的金屬材料，因其優(yōu)異的性能而能夠完成一定的功能，從而方便日常生活。生活中常用的菜刀，不僅需要硬度達到一定標準，能夠處理各種食材，還需要具有一定的抗腐蝕性能，避免在長時間使用中自身產生銹蝕。

無論農業(yè)生產還是工業(yè)生產，對于金屬材料的要求較高，重視對金屬材料的研究與應用，能夠為生產帶來更大的經(jīng)濟效益。在工業(yè)生產中，熟練使用各種鍍鋅板，能夠提高工業(yè)設備的使用壽命，為工廠創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。

金屬材料力學性能對于工業(yè)生產有著重要作用，很多特種設備的使用對金屬的力學性能要求較高，若材料性能達不到預定要求，將會造成該設備在使用階段出現(xiàn)失效故障，存在較大的安全隱患。

2 金屬材料力學性能認識以及不確定度的評定方法

2.1 金屬材料力學性能

目前，金屬材料的力學性能研究工作較為充分，常見的金屬材料力學性能指標有強度、硬度、沖擊韌性、抗疲勞性等。其中強度是指金屬材料在外力的作用下，自身抵抗變形的能力。硬度是金屬材料局部抵御硬物壓入表面的能力。沖擊韌性是金屬材料抵抗外部沖擊載荷的能力，反映了材料的變脆傾向。抗疲勞性是指金屬材料抵抗長時間低應力循環(huán)作用而發(fā)生突然斷裂的能力。

2.2 不確定度評定方法

2.2.1 A類評定標準

現(xiàn)階段金屬材料不確定度的評定中，使用A類評定標準，主要是結合實際測量數(shù)據(jù)，使用多種計算方式，對于這些測量結果進行分析，綜合得出金屬材料的不確定度。目前，技術人員通常使用貝塞爾公式、最小二乘法等計算方式來測量當前金屬的不確定度，除了這兩種常用的計算方式之外，技術人員還可以使用合并樣本標準差與極差法，對于金屬材料的不確定度進行評定[1]。

2.2.2 B類評定標準

在日常生活中，B類評定標準與A類評定標準不同，通常是根據(jù)已知信息來推導的，在使用階段包括設備的校準證書、準確度等級等內容，對整體測量工作進行分析，并且技術人員還可以使用過去的測量數(shù)據(jù)，與操作經(jīng)驗等內容。

3 影響金屬材料力學性能的不確定因素

3.1 影響拉壓操作的不確定因素

現(xiàn)階段技術人員在測量金屬材料的力學性能時，拉壓操作的應用較為普遍，在使用階段，技術人員使用萬能試驗機對于金屬材料進行拉壓試驗，從而完成金屬材料的抗拉抗壓性能研究分析。在試驗過程中，技術人員結合試驗儀器設備，對于金屬材料施加靜態(tài)載荷，并且對材料應力變化進行分析，從而判定該金屬材料的性能。在施力過程中的不確定度主要是由試驗機精度引入，通常情況下能夠實現(xiàn)拉壓操作的萬能試驗機精度要求為Ⅰ級，示值誤差在±1.0%內，則力值計量誤差范圍為±1.0%，同時計量部門對試驗機的計量檢定結果也會引入不確定度。在測量階段，試樣尺寸、原始標距和斷后標距的測量會引入不確定度，主要是由于游標卡尺的測量精度、原始標距的確定和人員讀數(shù)誤差造成的。

為了降低金屬材料在拉壓操作中的不確定度，技術人員應該采取以下措施：一是按要求對量具和試驗設備進行檢定，符合國家相關標準;二是在測量過程中開展多次測試，將這些數(shù)據(jù)有效記錄，使用平均值作為較為合理的數(shù)值，從而降低拉壓操作的不確定度。試驗階段，操作人員應該按照標準要求安裝試樣，操作設備，對于相關數(shù)據(jù)進行有效記錄，從而提高試驗的準確性。結合試驗結果，技術人員可以準確分析該金屬材料的抗拉抗壓性能，為該材料的后續(xù)使用提供了試驗數(shù)據(jù)支持。

3.2 影響扭轉操作的不確定因素

在對金屬材料力學性能進行研究時，對于部分應用于實現(xiàn)轉動功能的金屬材料，如傳動軸、螺旋槳等，技術人員需要對于這些應用于轉動的金屬材料進行試驗，測試材料或者構件的扭轉性能。在對材料扭轉性能研究中，試驗人員通常使用扭轉試驗機實現(xiàn)，并且將該材料試驗階段出現(xiàn)的異常現(xiàn)象進行記錄，對該金屬材料的力學性能進行分析。扭轉試驗的不確定度主要由試驗機精度和試驗中溫度變化，以及試樣同軸度引入，通常試驗機精度均為Ⅰ級，示值誤差在±1.0%內，而扭轉試驗時溫度升高會帶來材料內部性能的變化從而引入不確定度。試樣與試驗機扭轉力矩加載方向是否同軸，會對試驗結果產生一定的影響，同時也為試驗結果引入不確定度。

降低扭轉試驗中的不確定因素，除了提高試驗機精度以外，還需按照試驗標準采用適當?shù)脑囼炁まD速度，以避免試驗速度過快引起試樣溫度升高，從而影響試驗數(shù)據(jù)準確性。同時，還需保證試樣同軸度，以減少不確定的。

3.3 影響彎曲操作不確定因素

彎曲操作測試是現(xiàn)階段對于金屬材料測試的重要延伸，一般情況下，在日常生活與生產中相關的金屬材料性能測試中，彎曲操作的應用場景不多，這種操作主要應用于軍事中的金屬材料力學性能分析。在試驗階段，結合爆炸來測量金屬是否能夠承受住沖擊波的能力，這種試驗主要考查的是金屬的抗彎曲能力。

影響彎曲操作的2個重要因素是溫度與夾持方式。由于大部分金屬具有熱傳導性，在使用階段，溫度會對金屬產生較大的負面影響。一旦遇到高溫環(huán)境，金屬的抗彎曲能力將會大幅度降低，實際測量結果將會發(fā)生改變。而金屬在低溫環(huán)境下，塑性降低，脆性增加，抗彎曲能力會得到提升，但受到外部載荷作用時，如果外力超過該金屬的承受能力，將會直接斷裂[2]。

結合這一性能，在軍事上的研究成果較多，一方面提高整體軍事設備的抗擊打能力，另一方面，研究如何突破敵方防御，達到最大殺傷力?，F(xiàn)階段武器的研制，需要依靠材料科學的進步，尤其是高精尖武器的研制，因此，重視對金屬材料的彎曲操作試驗，能夠為武器的研發(fā)提供重要參考意見。

在目前金屬材料彎曲性能試驗中，不論是三點彎曲試驗還是四點彎曲試驗，引入不確定度的主要因素是對試樣和跨距等測量誤差和讀數(shù)誤差，以及游標卡尺的示值誤差。減少不確定因素的措施是采用多次測量求平均值和使用精度高示值誤差小的游標卡尺。

3.4 影響沖擊操作不確定因素

與彎曲操作類似，沖擊操作也廣泛使用于軍事領域。在使用階段，主要通過子彈的射擊與炮彈的爆炸等應用中，對于金屬材料的沖擊韌性進行評估，從而分析這些武器所造成的沖擊效果。這種破壞性實驗，通常應用于特殊需求的領域，其主要目的是在于增強設備的安全性能。

在防彈車研制工作中，對于汽車的外殼有著嚴格規(guī)定，在生產階段，需要經(jīng)過多項測試，只有防彈車通過測試之后，才能夠被使用于特殊場合。目前，技術人員在這些特種金屬材料設計中，主要考察材料的抗沖擊性能，即沖擊韌性。在宏觀上技術人員適當改變金屬材料的沖擊接觸面積，將會顯著提升金屬材料的抗沖擊能力。在微觀上使用一些設備對金屬微觀粒子排列作出改變，將會造成該金屬材料的抗沖擊性能出現(xiàn)較大的改變[3]。

金屬沖擊韌性試驗測量結果不確定度來源于以下幾點：一是試樣材質的不均勻性;二是試樣的尺寸測量;三是試驗機誤差。對于某一特定試驗來說，材質的不均勻性是不可避免的問題，試驗時在保持其他因素不便的情況下，使用更為精細的儀器，從而提高測量的精確度，降低金屬力學性能測試中不確定度對于測量結果的影響。

4 結束語

總而言之，現(xiàn)階段金屬材料力學性能研究工作中，技術人員應該重視試驗結果中不確定度的影響，對于金屬材料的性能分析應加入不確定度的評定，從而提高整體測量的準確性，有利于對這些金屬材料的力學性能進行評定，為后續(xù)金屬材料的使用場景進行明確，便于該材料能夠在后續(xù)使用中體現(xiàn)該金屬材料的價值。

參考文獻

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