鋼材抗拉強度不確定度

金屬材料抗拉強度測量不確定度評定1．試驗依據(jù)GB228-2002（金屬材料拉伸試驗方法）試驗以20?3OMPa/s速率加荷直至將試樣拉伸至斷裂。試樣拉斷時的最大力所對應(yīng)的應(yīng)力即為金屬材料的抗拉強度。2．鋼材抗拉強度測量的影響因素根據(jù)鋼材抗拉強度的計算公式為：1）41）o= 兀d2式中：o—抗拉強度，單位MPa（N/mm2）；F—拉力，單位N；d—鋼材直徑，單位mm。對于鋼材抗拉強度檢測，只要溫度在室溫（25?35°C）附近變化不大，溫度對試驗結(jié)果的影響就可以忽略不計；另外，只要加荷速率控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)（規(guī)范允許范圍：6-60MPa/s；實際加荷速率：20-30MPa/s），加荷速率的影響也可以忽略不計。能夠?qū)υ囼灉y試結(jié)果產(chǎn)生影響的因素主要有：重復(fù)測試（同一批試件在相同試驗條件下重復(fù)測量結(jié)果的差異性）、試件截面積變化（歸結(jié)為直徑d偏差）、荷載測量的精度以及測量結(jié)果的數(shù)據(jù)修約。上述影響因素中，試件材質(zhì)非均勻性直接表現(xiàn)在測量結(jié)果的數(shù)據(jù)變化上，屬于A類不確定度評定；其余影響因素都是由于影響量的誤差而導(dǎo)致試驗測試量的偏差，均屬B類不確定度評定。金屬材料抗拉強度測量不確定度影響因素匯總于表1中。表1影響金屬材料抗拉強度測量準確性的主要因素序號影響因素代號單位不確定度類型1重復(fù)測試R一A類2試件尺寸偏差DmmB類3荷載測量偏差QN4強度測量值數(shù)據(jù)修約5N3．標準不確定度評定樣品不均勻性引起的標準不確定度

從同一批鋼材同一焊接工藝取6個標稱直徑d=18mm的圓柱形試件進行抗拉試驗，這6個試件的抗拉強度◎的測試結(jié)果如表2所示。序號123456g580580605575580585表2同一根鋼材的不同試件抗拉強度Q測試結(jié)果(單位：MPa)平均584根據(jù)這6個測試數(shù)據(jù)進行鋼材抗拉強度測量不確定度的評定，屬于A類不確定度評定，相應(yīng)的測量不確定度稱為重復(fù)測量不確定度u，可采用貝塞爾法R按(2)式進行評定：u= -——Y(g-a)2 (2)R n(n-1)]i式中：n為重復(fù)測量次數(shù)，6為第i次測量的材料強度測量值，a為同一批材料i的試件強度各次測量結(jié)果的平均值。按式(2)計算，重復(fù)測量導(dǎo)致的試件抗拉強度測量標準不確定度為：3)u=4.36(MPa3)R3.2試件尺寸導(dǎo)致的測量標準不確定度ud圓柱形鋼材試件直徑的偏差為土0.02mm。由于試件直徑偏差導(dǎo)致的試件抗拉強度測量不確定度屬B類不確定度。對于偏差為土a的影響量x的不確定度u(x)，可按式(4)進行評定：u(x)= (4)k直徑尺寸出現(xiàn)在區(qū)間d±0.02mm(a=0.02mm)內(nèi)各點的概率相等，即直徑誤差分布為均勻分布，所以其包含因子k=43。根據(jù)式(4),試件直徑d的測量不確定度u(d)為：UU⑺=喑=葺=0?01155(mm)5)試件抗拉強度g對試件直徑d的靈敏系數(shù)肯務(wù)可以通過對式(1)求偏導(dǎo)數(shù)得到：

8Fnd8Fnd3MPa/mm)6)取b二〒，d取標稱尺寸，代入上式中得:7)c=64.89（MPa/mm7)d由試件直徑偏差引起的試件抗拉強度測量標準不確定度u為du=c-u(d)=64.89X0.01155=0.75(MPa) (8)dd3.3試驗機拉力誤差引起的試件抗拉強度測量標準不確定度微機控制電子式萬能試驗機的力值準確度為1級（即1級試驗機），力示值誤差為±1.0%，可認為示值出現(xiàn)在±1.0%范圍內(nèi)的任何處都是等概率的，而落在該范圍外的概率基本為零，假設(shè)為矩形（均勻）分布。由JJF1059表3可知，所以試驗機的B類相對標準不確定度為：u可知，所以試驗機的B類相對標準不確定度為：uF1,r1%=0.58%1級試驗機又是借助于0.3級標準測力儀進行校準的，該校準源的不確定度為0.3%，其置信因子為2，故由此引入的B類相對標準不確定度為：=0.15%=0.15%u— -F2,r2計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集力值時引入的不確定度，與采樣速率及系統(tǒng)分辨力有關(guān)。在滿足最小數(shù)據(jù)采樣速率條件下，根據(jù)實驗可得到由計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所引入的B類相對標準不確定度為：u=0.2x10-2F3,r鑒于試驗機、標準測力儀和計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集力值影響這三個不確定度分量彼此無關(guān)，所以力測量相對標準不確定度uFr可合成為：u=.:u2+u2+u2 =0.63x10-2F,r F1,rF2,rF3,r在本次試驗的6個試件中，測量得到的最大抗拉強度b=605MPa,將bmax xma和試件標稱直徑d=18mm代入式（1）得到本次試驗的試驗機最大出力量值Fmax=153954N，從而得到試驗力的測量標準不確定度u（F）為：u(F)=u XF=969.9(N) (9)F,rmax試件抗拉強度c對試驗力F的靈敏系數(shù)c=竺可以通過對式(1)求偏FRF導(dǎo)數(shù)得到：TOC\o"1-5"\h\zRc 4c= = (mm-2) (10)F dF nd2將試件標稱直徑d=18mm代入上式得：c=0.0039(mm-2)。從而，由試F驗力偏差引入的試件抗拉強度測量標準不確定度u為：Fu=c-u(F)=0.0039X969.9=3.78(MPa) (11)FF3.4數(shù)值修約的標準不確定度u根據(jù)鋼材抗拉強度修約規(guī)則，其修約間隔為站=5MPa。對試件抗拉強度測量數(shù)據(jù)進行修約引起的抗拉強度測量標準不確定度u為：5ou=」=0.298c=0.29X5=1.45(MPa) (12)50 2叮34．不確定度分量匯總以上對重復(fù)測量、試件直徑偏差、試驗力偏差和數(shù)據(jù)修約四種因素引起的鋼材試件抗拉強度測量不確定度分量進行了分析評定，各個因素導(dǎo)致的鋼材試件抗拉強度測量不確定度分量匯總于表3中。表3金屬材料試件抗拉強度測量不確定度分量匯總表(單位：MPa)uRuduFu5o4.36(Mpa)0.75(Mpa)3.78(Mpa)1.45(Mpa)5?合成標準不確定度uc由于上述四個不確定度分量u、u、u、u彼此獨立，所以可按式(13)

Rd F50計算金屬材料抗拉強度測量合成標準不確定度u:cu=Xu2+u2+u2+u2 (13)c RdF5o把表3中所列的各個不確定度分量代入式(13)，得到：u=6.0(MPa) (14)c6?擴展不確定度U擴展不確定度U與合成不確定度u之間的關(guān)系為：cU=ku (15)c式中：k為包含因