钢材抗拉强度不确定度

金属材料抗拉强度测量不确定度评定1．试验依据GB228-2002（金属材料拉伸试验方法）试验以20〜3OMPa/s速率加荷直至将试样拉伸至断裂。试样拉断时的最大力所对应的应力即为金属材料的抗拉强度。2．钢材抗拉强度测量的影响因素根据钢材抗拉强度的计算公式为：1）41）o= 兀d2式中：o—抗拉强度，单位MPa（N/mm2）；F—拉力，单位N；d—钢材直径，单位mm。对于钢材抗拉强度检测，只要温度在室温（25〜35°C）附近变化不大，温度对试验结果的影响就可以忽略不计；另外，只要加荷速率控制在规范允许范围内（规范允许范围：6-60MPa/s；实际加荷速率：20-30MPa/s），加荷速率的影响也可以忽略不计。能够对试验测试结果产生影响的因素主要有：重复测试（同一批试件在相同试验条件下重复测量结果的差异性）、试件截面积变化（归结为直径d偏差）、荷载测量的精度以及测量结果的数据修约。上述影响因素中，试件材质非均匀性直接表现在测量结果的数据变化上，属于A类不确定度评定；其余影响因素都是由于影响量的误差而导致试验测试量的偏差，均属B类不确定度评定。金属材料抗拉强度测量不确定度影响因素汇总于表1中。表1影响金属材料抗拉强度测量准确性的主要因素序号影响因素代号单位不确定度类型1重复测试R一A类2试件尺寸偏差DmmB类3荷载测量偏差QN4强度测量值数据修约5N3．标准不确定度评定样品不均匀性引起的标准不确定度

从同一批钢材同一焊接工艺取6个标称直径d=18mm的圆柱形试件进行抗拉试验，这6个试件的抗拉强度◎的测试结果如表2所示。序号123456g580580605575580585表2同一根钢材的不同试件抗拉强度Q测试结果(单位：MPa)平均584根据这6个测试数据进行钢材抗拉强度测量不确定度的评定，属于A类不确定度评定，相应的测量不确定度称为重复测量不确定度u，可采用贝塞尔法R按(2)式进行评定：u= -——Y(g-a)2 (2)R n(n-1)]i式中：n为重复测量次数，6为第i次测量的材料强度测量值，a为同一批材料i的试件强度各次测量结果的平均值。按式(2)计算，重复测量导致的试件抗拉强度测量标准不确定度为：3)u=4.36(MPa3)R3.2试件尺寸导致的测量标准不确定度ud圆柱形钢材试件直径的偏差为土0.02mm。由于试件直径偏差导致的试件抗拉强度测量不确定度属B类不确定度。对于偏差为土a的影响量x的不确定度u(x)，可按式(4)进行评定：u(x)= (4)k直径尺寸出现在区间d±0.02mm(a=0.02mm)内各点的概率相等，即直径误差分布为均匀分布，所以其包含因子k=43。根据式(4),试件直径d的测量不确定度u(d)为：UU⑺=喑=葺=0・01155(mm)5)试件抗拉强度g对试件直径d的灵敏系数肯务可以通过对式(1)求偏导数得到：

8Fnd8Fnd3MPa/mm)6)取b二〒，d取标称尺寸，代入上式中得:7)c=64.89（MPa/mm7)d由试件直径偏差引起的试件抗拉强度测量标准不确定度u为du=c-u(d)=64.89X0.01155=0.75(MPa) (8)dd3.3试验机拉力误差引起的试件抗拉强度测量标准不确定度微机控制电子式万能试验机的力值准确度为1级（即1级试验机），力示值误差为±1.0%，可认为示值出现在±1.0%范围内的任何处都是等概率的，而落在该范围外的概率基本为零，假设为矩形（均匀）分布。由JJF1059表3可知，所以试验机的B类相对标准不确定度为：u可知，所以试验机的B类相对标准不确定度为：uF1,r1%=0.58%1级试验机又是借助于0.3级标准测力仪进行校准的，该校准源的不确定度为0.3%，其置信因子为2，故由此引入的B类相对标准不确定度为：=0.15%=0.15%u— -F2,r2计算机数据采集系统采集力值时引入的不确定度，与采样速率及系统分辨力有关。在满足最小数据采样速率条件下，根据实验可得到由计算机数据采集系统所引入的B类相对标准不确定度为：u=0.2x10-2F3,r鉴于试验机、标准测力仪和计算机数据采集系统采集力值影响这三个不确定度分量彼此无关，所以力测量相对标准不确定度uFr可合成为：u=.:u2+u2+u2 =0.63x10-2F,r F1,rF2,rF3,r在本次试验的6个试件中，测量得到的最大抗拉强度b=605MPa,将bmax xma和试件标称直径d=18mm代入式（1）得到本次试验的试验机最大出力量值Fmax=153954N，从而得到试验力的测量标准不确定度u（F）为：u(F)=u XF=969.9(N) (9)F,rmax试件抗拉强度c对试验力F的灵敏系数c=竺可以通过对式(1)求偏FRF导数得到：TOC\o"1-5"\h\zRc 4c= = (mm-2) (10)F dF nd2将试件标称直径d=18mm代入上式得：c=0.0039(mm-2)。从而，由试F验力偏差引入的试件抗拉强度测量标准不确定度u为：Fu=c-u(F)=0.0039X969.9=3.78(MPa) (11)FF3.4数值修约的标准不确定度u根据钢材抗拉强度修约规则，其修约间隔为站=5MPa。对试件抗拉强度测量数据进行修约引起的抗拉强度测量标准不确定度u为：5ou=」=0.298c=0.29X5=1.45(MPa) (12)50 2叮34．不确定度分量汇总以上对重复测量、试件直径偏差、试验力偏差和数据修约四种因素引起的钢材试件抗拉强度测量不确定度分量进行了分析评定，各个因素导致的钢材试件抗拉强度测量不确定度分量汇总于表3中。表3金属材料试件抗拉强度测量不确定度分量汇总表(单位：MPa)uRuduFu5o4.36(Mpa)0.75(Mpa)3.78(Mpa)1.45(Mpa)5•合成标准不确定度uc由于上述四个不确定度分量u、u、u、u彼此独立，所以可按式(13)

Rd F50计算金属材料抗拉强度测量合成标准不确定度u:cu=Xu2+u2+u2+u2 (13)c RdF5o把表3中所列的各个不确定度分量代入式(13)，得到：u=6.0(MPa) (14)c6•扩展不确定度U扩展不确定度U与合成不确定度u之间的关系为：cU=ku (15)c式中：k为包含因