試驗誤差分析演示

（優(yōu)選）試驗誤差分析目前一頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點匯報提綱12誤差的基本概念文獻閱讀目前二頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點1誤差的基本概念真值真值：是指在某一時刻和某一狀態(tài)下，某量的客觀值或?qū)嶋H值。1）理論真值：例如，三角形三內(nèi)角之和恒為180°，同一量值自身之差恒為零，自身之比恒為1，等等。2）約定真值：國際計量大會中所規(guī)定的共七種單位的量值，都可認為是約定真值。3）相對真值：用高一級儀器檢定低一級儀器時，更具體說，當高一級與低一級儀器的誤差之比為（1/3~1/120）時，則可認為前者是后者的相對真值。目前三頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點平均值1誤差的基本概念平均值：綜合反映試驗值在一定條件下的一般水平，所以在科學試驗，經(jīng)常將多次試驗值的平均值作為真值的近似值。算術(shù)平均值加權(quán)平均值對數(shù)平均值幾何平均值調(diào)和平均值目前四頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點算術(shù)平均值平均值

算術(shù)平均值是最常用的一種平均值。設(shè)有n

個試驗值：x1，x2，…，xn，則它們的算術(shù)平均值為：目前五頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點加權(quán)平均值平均值

如果某組試驗值是用不同的方法獲得，或由不同的試驗人員得到，則這組數(shù)據(jù)中不同值的精度或可靠性不一致，為了突出可靠性高的數(shù)值，則可采用加權(quán)平均值。設(shè)有n

個試驗值：x1，x2，…，xn，則它們的加權(quán)平均值為：式中，w1，w2，…，wn代表單個試驗值對應(yīng)的權(quán)。目前六頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點加權(quán)平均值平均值

試驗值的權(quán)是相對值，因此可以是整數(shù)，也可以是分數(shù)或小數(shù)?？梢愿鶕?jù)以下方法給予試驗值權(quán)重：1）當試驗次數(shù)很多時，可以將權(quán)理解為試驗值xi在很大的測量總數(shù)中出現(xiàn)的頻率ni/n。2）如果試驗值試驗值是在同樣的實驗條件下獲得的，但來源不同的組，這時加權(quán)平均值計算式中的xi代表各組的平均值，而wi代表每組試驗次數(shù)。3）根據(jù)權(quán)與絕對誤差的平方成反比來確定權(quán)數(shù)。目前七頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點對數(shù)平均值平均值

如果試驗數(shù)據(jù)的分布曲線具有對數(shù)特性，則宜使用對數(shù)平均值。設(shè)有兩個數(shù)值x1，x2，都為正數(shù)，則它們的對數(shù)平均值為：目前八頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點幾何平均值平均值設(shè)有n

個正試驗值：x1，x2，…，xn，則它們的幾何平均值為：對上式兩邊同時去對數(shù)，得：可見，當一組試驗值取對數(shù)后所得數(shù)據(jù)的分布曲線更加對稱時，宜采用幾何平均值。目前九頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點調(diào)和平均值平均值設(shè)有n

個正試驗值：x1，x2，…，xn，則它們的調(diào)和平均值為：

可見調(diào)和平均值是試驗值倒數(shù)的算術(shù)平均值的倒數(shù)，常用在涉及到與一些量的倒數(shù)有關(guān)的場合。目前十頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點誤差1誤差的基本概念誤差：在試驗過程中由于實驗儀器精度的限制，實驗方法的不完善，科研人員認識能力的不足和科研水平的限制等方面的原因，在試驗中獲得的試驗值與它的真值并不一致，這種矛盾在數(shù)值上表現(xiàn)為誤差。絕對誤差相對誤差算術(shù)平均誤差標準誤差目前十一頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點誤差絕對誤差

試驗值與真值之差稱為絕對誤差，即絕對誤差=試驗值－真值絕對誤差反映了試驗值偏離真值的大小，這個偏差可正可負。通常所說的誤差一般指絕對誤差。目前十二頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點誤差相對誤差

絕對誤差雖然在一定條件下能反映試驗值的準確程度，但還不全面。所以為了判斷試驗值的準確性，還必須考慮試驗值本身的大小，故引出了相對誤差。

目前十三頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點誤差算術(shù)平均誤差設(shè)試驗值xi與算術(shù)平均值之間的偏差為di，則算術(shù)平均誤差定義式為：求算術(shù)平均誤差時，偏差di可能為正也可能為負，所以一定要取絕對值。目前十四頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點誤差標準誤差

標準誤差也稱作均方根誤差、標準偏差，簡稱為標準差。在實際的科學試驗中，試驗次數(shù)一般為有限次，稱為樣本標準差，定義為：

標準差常用來表示試驗值的精密度，標準差越小，則試驗數(shù)據(jù)精密度越好。目前十五頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點2文獻閱讀

通過理論分析與實驗研究，從薄膜材料、樣品加工、拉伸試驗及模擬試驗四個角度，對空間環(huán)境下薄膜材料力學性能退化試驗的誤差來源及影響進行了研究。目前十六頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點背景

在有限的運載能力條件下，充分提高航天器的效能，是航天器研制工作的一個重要發(fā)展方向。輕型展開結(jié)構(gòu)具有成本低廉、存儲體積小、重量輕、可靠性等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)很難達到的性能，從而成為空間研究和開發(fā)的熱點。薄膜材料不僅是航天器展開結(jié)構(gòu)的重要組成部分，也是航天器熱控系統(tǒng)—外露熱控涂層的主要基體材料。然而，長期直接暴露在航天器表面，薄膜材料受到空間環(huán)境綜合作用的威脅，其力學性能發(fā)生退化甚至失效。目前十七頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點背景

文章對目前航天器上廣泛采用的聚酰亞胺（PI）薄膜，以質(zhì)子輻照地面模擬試驗研究為對象，從材料自身性能、樣品加工、力學性能測試以及試驗參數(shù)控制等角度，研究誤差可能對力學性能評價試驗帶來的影響，并給出控制措施。目前十八頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點誤差來源造成航天薄膜材料力學性能評價的誤差來源主要有：

1）薄膜材料樣品加工質(zhì)量；

2）薄膜本身微觀結(jié)構(gòu)；

3）空間環(huán)境實驗參數(shù)；

4）拉伸測試參數(shù)。目前十九頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點誤差分析薄膜材料樣品加工質(zhì)量

薄膜材料試驗樣品在加工過程中，可能存在切割邊緣的毛刺、微裂口等，會引起拉伸過程中從有毛刺的地方斷裂，從而導致拉伸出現(xiàn)巨大的誤差。

薄膜本身微觀結(jié)構(gòu)

在生產(chǎn)聚合物薄膜時，宏觀上由于薄膜軋制方向不同，微觀上聚合物的分子鏈排列和延伸的方向也不同。這可能會導致薄膜在不同方向上的物理和化學性質(zhì)的差異。目前二十頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點誤差分析空間環(huán)境實驗參數(shù)

一方面，在空間環(huán)境效應(yīng)地面模擬試驗過程中，采用過高的加速倍率，可能會對薄膜材料的力學性能拉伸帶來較大的影響；另一方面，溫度的選擇對實驗結(jié)果帶來很大的差異，這主要由于溫度可造成薄膜材料分子結(jié)構(gòu)或鍵能發(fā)生一些變化。拉伸測試參數(shù)

拉伸速率可能對薄膜的力學性能測試結(jié)果帶來影響；同時，若拉伸試驗裝置上下夾具不在一個平面上，或者樣品拉伸方向有一定的傾斜角度等，都會對力學性能的拉伸帶來誤差。目前二十一頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點誤差評估

由于軋制方向不同，微觀上聚合物的分子鏈排列延伸的方向不同，沿各方向上的力學性能也可能會有不同。對未輻照的PI薄膜進行平行拉伸（y方向）和垂直拉伸（x方向）的對比試驗。圖1拉伸方向示意圖1.垂直拉伸；2.平等拉伸；3.軋制方向1.薄膜各向異性帶來的誤差目前二十二頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點誤差評估表1垂直方向和平行方向拉伸試驗結(jié)果對比1.薄膜各向異性帶來的誤差目前二十三頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點誤差評估

1.薄膜各向異性帶來的誤差假設(shè)平行方向的最大載荷拉力為F1，垂直方向的最大載荷拉力為F2，實際拉伸方向與平行方向的夾角為θ，且F1＞F2，則理論上的拉力為：當時，拉力的理論最大值為：目前二十四頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點誤差評估

1.薄膜各向異性帶來的誤差圖2薄膜拉力分析圖目前二十五頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點誤差評估2.模擬試驗誤差

模擬試驗時的主要參數(shù)有：加速倍率的選取、輻照均勻性的控制、溫度的選取與控制等。以試驗溫度對PI薄膜材料力學性能影響研究為例，采用質(zhì)子輻照總注量為5×1014p/cm2，通量為6.34×109p/cm2/s。分別在-30℃、15℃和55℃下進行輻照，輻照后薄膜材料的抗拉強度和斷裂伸長率變化如圖3所示。目前二十六頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點誤差評估2.模擬試驗誤差圖3溫度對PI薄膜材料力學性能退化的影響目前二十七頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點誤差評估2.模擬試驗誤差以15℃溫度下的質(zhì)子輻照PI薄膜試驗結(jié)果為參考基準，-30℃和55℃溫度環(huán)境下，PI薄膜的抗拉強度的絕對誤差分別為1.81%和3.8%,斷裂伸長率的絕對誤差分別為0.68%和0.81%。但在空間環(huán)境中，航天器經(jīng)常處于高低溫交變的環(huán)境中，高溫和低溫可達±200℃。所以還需要進一步研究極端高溫、極端低溫以及高低溫交變對薄膜力學性能的退化影響，尤其是極端低溫對薄膜材料力學的影響。目前二十八頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點誤差評估3.薄膜材料拉伸試驗誤差夾具應(yīng)力誤差由于樣品裝載過程中可能出現(xiàn)樣品平面與上下夾具平面不平行，在拉伸過程中造成應(yīng)力集中。拉伸至斷裂時會出現(xiàn)中間斷裂、上夾具邊緣處斷裂、下夾具邊緣處斷裂三種情況。圖4薄膜材料拉伸斷裂不同位置情況圖目前二十九頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點誤差評估3.薄膜材料拉伸試驗誤差中間部位斷裂：斷裂位置在上下夾具的中部，基本可以認為能夠反應(yīng)薄膜斷裂的真實情況?？拷?下夾具邊緣斷裂：在拉伸過程中由于裝載是薄膜表面與上下夾具表面不平行，薄膜表面出現(xiàn)扭曲，導致拉伸過程應(yīng)力集中而發(fā)生斷裂，并不能反映薄膜斷裂的真實情況。只有在中部斷裂的情況可以反應(yīng)出薄膜力學性能退化的真實情況，因此，在試驗過程中，應(yīng)該采用中間斷裂的薄膜樣品拉伸數(shù)值。目前三十頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點誤差評估3.薄膜材料拉伸試驗誤差薄膜拉伸方向與長度方向存在夾角

假設(shè)薄膜樣品的長度為L，寬度為b，厚度為d。拉伸方向和薄膜樣品在同一平面內(nèi)，且與薄膜長度方向夾角為θ。薄膜樣品所受拉力為F，其應(yīng)為沿薄膜長度方向的拉力F1與所受拉力方向的垂直方向的橫向剪切力F2的合力。則有：假設(shè)薄膜橫截面上受力是均勻的，則薄膜材料的理論抗拉強度σ0為：目前三十一頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點誤差評估3.薄膜材料拉伸試驗誤差但由于薄膜有一定的傾斜角度，因此，實際上的薄膜抗拉強度σ1為：則誤差△大小為：目前三十二頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點誤差評估3.薄膜材料拉伸試驗誤差圖5薄膜抗拉強度誤差隨傾角的變化關(guān)系圖由圖5分析可知，傾角為8°時，誤差小于1%，傾角達到18°時，誤差達到5%，傾角達到25°時，誤差達到10%。因此，因控制同一水平面傾角小于18°，當傾角小于8°時，誤差可以忽略不計。目前三十三頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點結(jié)論

通過以上分析可知，航天薄膜材