板材室温抗拉强度测量结果的不确定度评定

板材室温抗拉强度测量结果的不确定度评定

徐倩倩，马海洋，张东晋川，张晓峰，何琰，黄萍

成都航利集团实业有限公司 成都彭州 611936

摘 要：主要从重复性测量、试样工作面积测量、拉力试验机、温度和应变速率变化、数据修约等方面分析了GH536板材室温抗拉强度测量不确定度的来源，推算了板材抗拉强度测量不确定度，评估了本实验室室温抗拉强度测量结果的准确性。

关键词：室温抗拉强度；测量不确定度

金属材料室温抗拉强度是金属材料力学性能中的一个重要项目，是鉴定材料的有效方法之一，但由于抗拉强度测试过程中受环境、设备、人员素质等影响，易造成试验结果的偏差，对其测试结果做不确定度评估可以保证客户了解测试结果是否符合特定需求，确认测试数据的可信赖及真实的程度。

1 试验与计算

1.1 主要材料及设备、量具

板材GH536

CMT4104电子万能试验机

游标卡尺

千分尺

试验方法：GB/T 228.1-2010

1.2 试验

在10~35℃环境条件下，将测量好的板材试样，置于夹具中心夹好，开动拉力试验机，拉伸试样，测量拉断试样所需的最大作用力。按数学模型（1）进行计算。

板材抗拉强度计算公式按以下方程式计算

R_m= (1)

式中：R_m—抗拉强度，Mpa；

F_m—最大力，N；

S₀—试样截面积，mm²。

2 各种不确定度分量的确定

2.1 重复性测量引入的不确定度分量U_p1

本次试验测试GH536板材抗拉强度时，采用5个试样试验，每个试样只能进行一次拉断破坏测试，测得最大力F_m1~F_m5，根据式（1）计算出每个试样的抗拉强度R_m。该组试样的算术平均值 作为GH536抗拉强度的最佳估计值。

表1 GH536板材抗拉强度测量结果数据

=（R_m1+ R_m2+….+ R_m5）/5

= 850MPa

U_p1 = =1.048 MPa

2.2试样工作面积测量引入的不确定度分量U_p2

2.2.1 试样宽度测量引入的不确定度U_p21

使用游标卡尺对试样工作宽度进行测量，游标卡尺的最小分度为0.02mm, 区间半宽为0.01，属于B类标准不确定度，其分布为均匀分布，k= ，其标准不确定度为=0.01/ =0.0058 mm ：

U_p21 = =0.061 MPa

2.2.2 试样厚度测量引入的不确定度U_p22

使用千分尺对试样工作厚度进行测量，千分尺的最小分度为0.01mm, 区间半宽为0.005，属于B类标准不确定度评定，其分布为均匀分布，k= ，其标准不确定度为0.005/ =0.0029mm。

U_p22 = =0.375 MPa

则试样工作面积测量引入的不确定度分量U_p2为

U_p2= 0.380 MPa

2.3拉力试验机引入的不确定度分量U_p3

2.3.1 拉力机力值系统引入的不确定度分量U_p31

CMT4104电子万能试验机，最大量程为10KN，力值不确定度0.3%，区间半宽为0.15%。试样面积为 。则

U_p31===1.85MPa

3.3.2 拉力机示值系统引入的不确定度分量

U_p32

力值示值的相对误差为0.40%，区间半宽为0.20%，其分布为均匀分布，k= ,其不确定度为0.20%/ =0.115 % 则：

U_p32===1.418 MPa

3.3.3 拉力机示值重复性系统引入的不确定度分量U_p33

示值重复性误差为0.02%，区间半宽为0.01%，其分布为均匀分布，k= ,其不确定度为0.01%/ =0.0058 % 则：

U_p33===0.0715 MPa

则拉力机引入的不确定度为

U_p3=

=

=2.332 MPa

2.4 温度和应变速率变化引入的不确定度分量U_p4

GB/T 228.1-2010规定，室温拉伸试验应在10~35℃范围内进行。本次试验温度为26℃，满足标准规定，引入的不确定度可忽略不计。同时5个试样拉伸速率均设置为一样，应变速率变化引入的不确定度亦可忽略不计。故U_p4=0。

2.5 计算时数值修约引起的不确定度U_p5

GB/T 228.1-2010规定，抗拉强度R_m修约到1MPa，区间半宽为0.5MPa，其分布为均匀分布，k= ,则不确定度为：

U_p5=0.5/ =0.2887MPa

3 板材抗拉强度测量的合成不确定度

综上所述，板材抗拉强度测量的合成不确定度：

U_p=（U_p1²+U_p2²+U_p3²+U_p4²+U_p5²）^1/2

=（1.048²+0.380²+2.332²+0²+0.2887²）^1/2

=2.60Mpa

在95%置信概率下，其扩展不确定度U为：K=2：U=2U_p=5.20Mpa。

试验结果为（850±5）Mpa（包含因子K=2，置信概率95%）。

4 结论

4.1 在GH536板材抗拉强度试验中，拉力试验机本身引入的不确定度分量最大，重复性测量引入的不确定度分量次之，故本实验室测量结果的有效性符合要求，在试验过程中应严格按标准进行试验操作，以提高试验的精密性和准确性。

4.2 在不考虑试验均匀性引入的不确定度的前提下，板材抗拉强度试验测量不确定度的来源除了尺寸测量和力值读数外，还存在其它影响因素，如试样制备，试样的同轴度等，这些因素在当前条件下没有有效的试验手段和足够的数据来评定不确定度，因此本文中是以理想化的状态忽略了这些方面的影响。

参考文献

[1] JJF1059-1999,测量不确定度评定与表示[S].

[2] GB/T 27411-2012,检测实验室中常用不确定度评定方法与表示[S].

[3] GB/T 228.1-2010,金属材料 拉伸试验第1部分：室温拉伸试验方法[S].

作者介绍：

徐倩倩，1986-，女，汉族，四川雅安，工程师，硕士，研究方向：材料理化检测