力学性能测试总摩擦系数测量不确定度评定VIP

PAGEPAGE1总摩擦系数测量不确定度评估一、概述1、测量方法：依据ISO16047-2005：Fasteners-Torque/clampforcetesting（《紧固件-扭矩/夹紧力关系测试》）；2、环境条件：温度（10~35）℃，温度波动不大于每小时2℃；本试验温度为25±2℃，相对湿度3、测量仪器：SCHATZ多通道螺纹紧固分析系统，其中直接参与测量的传感器模块有5413-1200/1k-s模块，最大扭矩1000Nm；5413-1963A（500/500）模块，最大夹紧力500kN。4、被测对象：相同条件下生产处理的螺栓螺母组合件10套。其中螺栓规格为M16×2×100-6g；螺母规格为M16-6H；垫片采用标准垫片。5、测量过程：根据ISO16047-2005标准要求，编辑testXPro11.02软件，以10rpm/min的速度进行试验，分别取轴向夹紧力为80kN处的值为关键值进行总摩擦系数的计算；用计量合格的游标卡尺分别测量接触的支撑面内径和接触的支撑面外径；然后利用ISO16047-2005提供的计算公式计算出支撑面摩擦扭矩的等效直径和总摩擦系数。6、评定依据：JJF1059-1999《测量不确定度评定和表示》；CNAS—GL05：2006《测量不确定度要求的实施指南》7、参考文献：材料理化检验测量不确定度评估指南及实例/中国合格评定国家认可中心，宝山钢铁股份有限公司研究院组编。——北京：中国计量出版社，2007.1二、建立数学模型根据ISO16047-2005标准：支撑面摩擦扭矩的等效直径：其中：Db——支撑面摩擦扭矩的等效直径Do——接触的支撑面内径dh——接触的支撑面外径总摩擦系数：μtot=其中：μtot——总摩擦系数T——总扭矩F——轴向夹紧力P——螺距d2——螺纹中径Db——支撑面摩擦扭矩的等效直径三、测量不确定度的主要来源分析根据总摩擦系数的试验特点进行分析，不确定度分量主要来源于以下几个方面：第一、螺栓等效扭矩直径测量引入的不确定度分量u（d）；第二、扭矩值测量引入的不确定度分量u（t）。每个分量中皆包含了检测人员测量重复性所带来的不确定度和测量设备或量具误差带来的不确定度。另外，还有温度的细微变化，螺栓对中性的影响等等引入的不确定度分量，但这些分量相比之下远远小于上述两点产生的不确定度分量，故，根据CNAS—GL05：2006的规定将这些分量舍去，只考虑以上两点因素。四、标准不确定度分量的评定1、在测量支撑面摩擦扭矩的等效直径Db过程中引入的不确定度分量u1，rel；A、螺栓接触的支撑面外径Do测量重复性引入的不确定度分量u1；利用游标卡尺对10件螺栓分别测量其接触的支撑面内径，分别测量5次，其数据如下表1所示：根据合并样本标准差sp计算公式：sp=结合表1的测量数据可以得到Do的合并样本标准差：sp，d===0.0152mm表1螺栓接触的支撑面外径Do测量数据测量参数测量次数i测量数据的组数j（mm）12345678910122.3522.3622.3522.3722.3522.3422.3722.3722.3622.37222.3322.3822.3522.3622.3522.3922.3422.3522.3622.36322.3622.3722.3422.3822.3522.3522.3522.3622.3722.34422.3322.3522.3322.3722.3522.3622.3422.3522.3522.36522.3522.3522.3622.3422.3322.3522.3422.3622.3722.3522.34422.36222.34622.36422.34622.35822.34822.35822.36222.3560.01610.01300.01320.01880.02000.01920.01580.00950.01070.0114此外，根据表1的数据，可以计算得到：Do的总平均值：d===22.35mm根据贝塞尔公式：s=可得Do数列的标准偏差为：==0.00377mm其中：由表1可以得到=0.0148mm而的估计值为：===0.00537mm因为：>所以，可以判定被测定的Do数值是比较稳定的，可以使用一个高可靠度的合并样本标准差sp，d来评定测量Do时重复性所引入的不确定度。由于在一般的实际工作中，对于Do的测量只要一次（取其垂直的两个方向的值的平均值），即k=1，即由公式可得：u1（Do）===0.0152mmB、标准垫片接触的支撑面内径dh测量重复性引入的不确定度分量u2；同样使用游标卡尺对进行试验的标准垫片的孔径进行5次测量，所得的数据如表2所示：表2标准垫片孔径dh测量数据测量参数测量次数i测量数据的组数j（mm）12345678910117.4317.4417.4317.4517.4417.4417.4517.4317.4317.44217.4417.4217.4717.4417.4317.4617.4517.4317.4417.45317.4317.4417.4617.4317.4517.4417.4317.4517.4617.44417.4417.4317.4617.4517.4417.4317.4317.4417.4317.42517.4517.4317.4417.4517.4317.4417.4517.4417.4417.4517.43817.43217.45217.44417.43817.44217.44217.43817.4417.440.00840.00840.01640.00890.00840.01100.01100.00840.01220.0122结合表2的测量数据可以得到dh的合并样本标准差：sp，h===0.0108Do的总平均值：dh===17.44mm可得Do数列的标准偏差为：==0.0026mm其中：由表1可以得到=0.01053mm;===0.0038则：>所以，可以判定被测定的dh数值是比较稳定的，可以使用一个高可靠度的合并样本标准差sp，h评定测量dh时重复性所引入的不确定度。由于在一般的实际工作中，对于dh的测量只要一次（取其垂直的两个方向的值的平均值），即k=1，即由公式可得：u2(dh）===0.0108mmC、游标卡尺引入的不确定度分量u3；我们使用的游标卡尺为计量合格的计量器具，根据检定证书中出具的数据，考虑其为均匀分布，则：u3==0.0115mm综上所述，考虑到dh、Do的测量是各自独立的，故：u1，rel===0.025mm2、由样品试验过程中扭矩测量时所引入的不确定度分量u2，rel；A、有测量时读数的偏差引入的不确定度u4；设定轴向夹紧力为80kN时，得到的扭矩值如下表3所示：表380kN轴向力时测得的扭矩值12345678910234.22231.12235.32234.56235.18235.81233.54233.64234.11234.39由表3可以得到扭矩的平均值为：===234.19Nm根据贝塞尔公式可得扭矩的标准偏差为：sT===1.3Nm则：u4=1.3NmB、试验过程中有测量模块引入的不确定度u5；在对该10套螺栓螺母组合件进行试验时，我们使用了SCHATZ公司生产的5413-1200/1k-s模块用于扭矩的测量。该模块为计量检定合格产品，其证书指示该模块的在本试验所需量程段的不确定度为0.0225Nm。u5=0.0225Nm综上所述，可以得到该部分的不确定度：u2，rel==1.3Nm五、合成标准不确定度计算因为在引入的不确定度分量中，没有任何两项可以得到有力的证明为相关项，故在对不确定度分量的处理中，以其相互独立来对待，利用公式得到标准不确定度分量的汇总表，如下表4：表4标准不确定度分量汇总表分量u不确定度来源标准不确定度分量值u1，rel等效直径Db过程中引入的不确定度分量支撑面外径Do测量重复性引入的不确定度分量支撑面内径dh测量重复性引入的不确定度分量游标卡尺引入的不确定度分量u1，rel=0.025mmu1(Do）=0.0152mmu2(dh）=0.0108mmu3=0.0115mmu2，rel扭矩测量时所引入的不确定度分量读数的偏差引入的不确定度测量模块引入的不确定度u2，rel=1.3Nmu4=1.3Nmu5=0.0225Nm由标准不确定度合成公式：所以：即：由数学模型