金属材料拉伸试验抗拉强度测量不确定度评定

申颖娉+金涛+陈瑜

摘 要：以测量控样若干为例，根据GB/T 228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法[1]，日常试验经验相结合，采用A类评定方法对抗拉强度由各种因素引起的不确定度分量、合成不确定度及扩展不确定度进行评定，并给出了评定结果。

关键词：室温拉伸试验；不确定度；合成不确定度；扩展不确定度

测量不确定度被广泛用于描述测量结果的质量，最新定义：基于使用的信息，表征赋予被测量之值分散性的参数[2]。船用钢板是高附加值产品，性能直接关乎建造船舶质量，抗拉强度是其非常重要的力学性能指标。本文对此指标进行测量不确定度的评估，使检测数据更接近真实结果。

1 测量过程概述

1.1 测量方法及依据：金属材料拉伸试验检测标准GB/T228.1-2010《金属材料室温拉伸试验方法》，JJF1059-1999《测量不确定度评定和表示》及CNAS-GL05《测量不确定度要求的实施指南》。

1.2 环境条件：环境条件试验一般在温度（23±5）℃进行。本例试验温度为26℃。

1.3 测量设备：试验机采用经计量部门检定合格的微机控制电液伺服万能试验机SHT4305（计量检定合格为1级，示值相对最大允许误差±0.30%）；计量检定合格的数显0～150mm游标卡尺（分辨力0.01mm）。

1.4 检测对象：采用满足GB/T228-2010标准要求的金属材料拉伸试样，本例試样材料为船用板AH32，加工成圆形试棒，试棒原始直径10mm。

表1 重复性试验测量结果

2 建立数学模型

根据拉伸试验抗拉强度Rm计算公式：Rm=■，式中：Rm-抗拉强度，Fm-最大力，S0-原始横截面积，最终读数按照标准需要修约。合成的抗拉强度的标准不确定度：

Ur2（Rm）=

2.1 由于拉伸性能重复性较差，A类不确定度分量贡献较大，抗拉强度重复性测量引入的相对标准不确定度为，评定一个试样测量平均值的不确定度，故应除以■，U1（Rm）=■×2=0.020488

2.2 截面积相对标准不确定度，Urel（So）

2.2.1 试样尺寸测量仪器引入的不确定度

本次试验测量试样所使用的0～150mm游标卡尺，经计量合格，极限示值误差为±0.01mm，即误差范围为（-0.01mm，0.01mm），置信水平为95%，包含因子k=1.96，尺寸计量仪器所引入的标准不确定度为：Ud1=0.01/1.96=0.0051mm。

2.2.2 由试验人员测量引起的标准不确定度

在满足重复性条件的统计控制状态下，按实验室以往的经验数据，检测人员在测量尺寸引入的不确定度在置信水平95%时为0.01mm，由此引入的B类不确定度为：Ud2=0.01/1.96=0.0051mm，Ud1与Ud2是无关分量，尺寸测量的合成标准不确定度，Ud=（Ud12+Ud22）1/2=0.0072mm；直径测量相对不确定度：Udr=Ud/d=0.0072mm/d=0.0072mm/10=0.072%；圆截面积公式：S=πd2/4，△S/S=2△d/d；截面积的相对标准不确定度为：Urel（S0）=2Udr=2x0.072%=0.144%

2.3 载荷值测量引入的标准不确定度

2.3.1 拉伸试验机自身引入的不确定度

拉伸试验机为1级，其示值误差为±1%，满足矩形分布，k=■，由此引入的B类不确定度为：UF1r=1%/K=0.58×10-2

2.3.2 拉伸试验机校准测力仪引入的不确定度

拉伸试验机是借助于0.3级标准测力仪校准的，其置信因子k=2，由此引入的B类相对不确定度为：UF2r=0.3%/2=0.15×10-2

2.3.3 荷读取时引入的B类相对不确定度

试验机采取计算机采集数据，不考虑读取载荷数值时引入的不确定度。载荷值测量引入的合成相对不确定度为：Urel（Fm）=（UF1r2+UF2r2）1/2=0.60×10-2

2.4 进行数字修约后引入的标准不确定度

修约半区为0.5N/mm2，矩形分布，k=■，由此引入的B类不确定度为：U（a）=0.5/■=0.29。Urel（a）=0.29/516.2=0.056%

2.5 合成的抗拉强度的标准不确定度

=0.21%

3 结论

抗拉强度扩展不确定度的评定：选取包含因子k=2，置信概率P=95.45；Urel（Rm）=2x0.21%=0.42%，由此计算出金属拉伸试验的相对扩展不确定度为0.42%

参考文献

[1]GB/T 228.1-2010 金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法，北京，中国国家标准化管理委员会，2010.

[2]测量不确定度评估简明教材.北京，2010.endprint