拉伸试验测量结果不确定度评定.doc

拉伸试验测量结果不确定度评定1.过程概述：1.1方法及评定依据JJF1059-1999测量不确定度评定与表示JJG139-1999拉力、压力和万能试验机机定规程GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法JJF1103-2003万能试验机计算机数据采集系统评定1.2 环境条件试验温度为18，湿度40%。1.3 检测程序金属材料的室温拉伸试验抗拉强度检测时，首先根据试样横截面的种类不同测量厚度、宽度，计算截面积S0；然后用WAW-1000C微机控制电液伺服液压万能试验机以规定速率施加拉力，直至试样断裂。在同一试验条件下，试验共进行10次。2 拉伸试验测量结果不确定度的评定 评定Q235钢材以三个试样平均结果的抗拉强度和塑性指标的不确定度 使用10个试样，得到测量结果见下表1。 实验室标准偏差按贝塞尔公式计算式中：表1 重复性试验测量结果编号试样尺寸上屈服强度ReHMPa抗拉强度RmMPa规定塑性延伸强度RP0.2MPa断后伸长长度mm断后伸长率A%断面收缩率Z%ab119.0010.1026047526015.503151.5219.109.8925947225816.3232.550.5319.1010.2025546825615.2030.0051.00419.2010.0025947725916.0032.0049.50519.0010.2025947026015.5031.0050.50619.0010.0026247026115.2030.5051.00719.0010.1026047025915.3030.553.00819.0010.0026247026315.2030.5051.50919.0010.1226247526215.3832.5052.501019.1010.2826347426316.3830.0051.00平均值260.1472.1260.115.59831.0551.20标准差Sj2.3312.9612.2340.9561.005相对标准偏差0.896%0.627%0.859%3.079%1.964%2.1抗拉强度不确定度评定 数学模型 Rm=Fm/So rel(Rm)= 式中：Rm抗拉强度Fm最大力S0原始横截面积rep重复性 Rmv拉伸速率对抗拉强度的影响2.1.1 A类不确定度分项rel（rep）的评定本例评定三个试样测量平均值的不确定度，故应除以。 rel（rep）=0.362%2.1.2最大力Fm的B类相对不确定度分项rel（Fm）的评定（1）试验机测力系统示值误差带来的不确定度rel（F1）万能试验机为1.0级，其示值误差为1.0%，按均匀分布考虑K=则：rel（F1）=（2）标准测力仪的相对标准不确定度rep（F2）使用0.3级的标准测力仪对试验机进行鉴定，JJG144-1992中给出了R=0.3%。则其相对标准不确定度为： rel（F2）=（3）计算机数据采集系统带来的相对标准不确定度urep（F3）根据JJF-2003计量技术规范中给出，计算机数据采集系统所引入的B类相对标准不确定度为0.2%。 rel（F3）=0.2%（4）最大力的相对标准不确定度分项rel（Fm）rel（Fm）=0.620%2.1.3原始横截面积S0 的相对标准不确定度分项rel（S0）的评定：根据GB/T228-2002 标准中，测量原始横截面积时，测量每个尺寸应准确到0.5%。 S0 =ab =+(1) 测量宽度a引入的不确定度(2) 测量厚度b引入的不确定度则 =+0.578%2.1.4拉伸速率影响带来的相对标准不确定度分项试验得出，在拉伸速率变化范围抗拉强度相差10MPa，所以拉伸速率对抗拉强度的影响为5MPa，按均匀分布考虑：（Rmv）=rel（Rmv）=2.1.5抗拉强度的相对合成不确定度标准不确定度分项不确定度来源相对标准不确定度rel（rep）测量重复性0.362%rel（Fm）最大力0.620%试样原始面积0.578%rel（Rmv）拉伸速率0.611%crel(Rm)= 1.106%2.1.6抗拉强度的相对扩展不确定度取包含概率p=95%，按K2Urel(Rm)kcrel(Rm)Urel(Rm)21.106%2.212%2.2上屈服强度不确定度评定数学模型 Rm=FeH/S0 rel(REh)= 式中：REh上屈服强度FEh上屈服力S0原始横截面积rep重复性RmHv拉伸速率对上屈服强度的影响2.2.1 A类不确定度分项rel（rep）的评定本例评定三个试样测量平均值的不确定度，故应除以。 rel（rep）=0.517%2.2.2上屈服力FEh的B类相对不确定度分项rel（FEh）的评定（1）试验机测力系统示值误差带来的不确定度rel（FEh1）万能试验机为1.0级，其示值误差为1.0%，按均匀分布考虑K=则：rel（F1）=（2）标准测力仪的相对标准不确定度rep（FEh2）使用0.3级的标准测力仪对试验机进行鉴定，JJG144-1992中给出了R=0.3%。则其相对标准不确定度为： rel（F2）=（3）计算机数据采集系统带来的相对标准不确定度urep（FEh3）根据JJF-2003计量技术规范中给出，计算机数据采集系统所引入的B类相对标准不确定度为0.2%。 rel（FEh3）=0.2%（4）最大力的相对标准不确定度分项rel（FeHm）rel（FeHm）=0.620%2.2.3原始横截面积S0 的相对标准不确定度分项rel（S0）的评定：根据GB/T228-2002 标准中，测量原始横截面积时，测量每个尺寸应准确到0.5%。 S0 =ab =+(1)测量宽度a引入的不确定度(2)测量厚度b引入的不确定度则 =+0.578%2.2.4拉伸速率影响带来的相对标准不确定度分项试验得出，在拉伸速率变化范围抗拉强度相差10MPa，所以拉伸速率对抗拉强度的影响为5MPa，按均匀分布考虑：（ReHv）=rel（ReHv）=2.2.5上屈服强度的相对合成不确定度标准不确定度分项不确定度来源相对标准不确定度rel（rep）测量重复性0.517%rel（FeH）最大力0.620%试样原始面积0.578%rel（ReHv）拉伸速率0.611% rel(REh)= 1.166%2.2.6上屈服强度的相对扩展不确定度取包含概率p=95%，按K2Urel(ReH)kcrel(ReH)Urel(ReH)21.166%2.332%2.3规定塑性延伸强度不确定度评定数学模型 Rp0.2=Fp0.2/S0 rel(Rp0.2)= 式中：Rp0.2规定塑性延伸强度Fp0.2规定塑性延伸力S0原始横截面积rep重复性Rp0.2Hv拉伸速率对上屈服强度的影响2.3.1 A类不确定度分项rel（rep）的评定本例评定三个试样测量平均值的不确定度，故应除以。 rel（rep）=0.496%2.3.2规定塑性延伸力Fp0.2的B类相对不确定度分项rel（Fp0.2）的评定（1）试验机测力系统示值误差带来的不确定度rel（Fp0.21）万能试验机为1.0级，其示值误差为1.0%，按均匀分布考虑K=则：rel（F1）=（2）标准测力仪的相对标准不确定度rep（Fp0.22）使用0.3级的标准测力仪对试验机进行鉴定，JJG144-1992中给出了R=0.3%。则其相对标准不确定度为： rel（F2）=（3）计算机数据采集系统带来的相对标准不确定度urep（Fp0.23）根据JJF-2003计量技术规范中给出，计算机数据采集系统所引入的B类相对标准不确定度为0.2%。 rel（Fp0.23）=0.2%（4）引伸计带来的相对标准不确定度rel（Fp0.24）规定塑性延伸力是按如下方法得到的：在力延伸曲线图上，划一条与曲线的弹性直线段部分平行，且在延伸轴上与此直线的距离等效于规定塑性延伸率0.2%。 此平行线与曲线的交截点给出相应于所求规定塑性延伸强度的力。由于无法得到力延伸曲线的数学表达式，我们不能准确地得到引伸计测量应变的相对标准不确定度rel（L）与力值的相对标准不确定度rel (Fp0.2)之间的关系。为得到两者之间的近似关系，通过交截点与曲线作切线，与延伸轴的交角为a。则引伸计测量应变的相对标准不确定度rel（L） 与引伸计对力值带来的相对标准不确定度rel (Fp0.2) 近似符合下式：rel (Fp0.2)=1级引伸计的相对误差为匀分布考虑。rel（Fp0.24）=在实际操作中 角与坐标轴的比例有关，本例中在交截点则rel（Fp0.24）rel（L）规定塑性延伸力的相对标准不确定度分项rel（F0.2）rel（Fp0.2）=0.620%2.3.3原始横截面积S0 的相对标准不确定度分项rel（S0）的评定：根据GB/T228-2002 标准中，测量原始横截面积时，测量每个尺寸应准确到0.5%。 S0 =ab =+(1)测量宽度a引入的不确定度(2)测量厚度b引入的不确定度则 =+0.578%2.3.4拉伸速率影响带来的相对标准不确定度分项试验得出，在拉伸速率变化范围抗拉强度相差10MPa，所以拉伸速率对抗拉强度的影响为5MPa，按均匀分布考虑：（Rp0.2v）=rel（Rp0.2v）=2.3.5规定塑性延伸强度的相对合成不确定度标准不确定度分项不确定度来源相对标准不确定度rel（rep）测量重复性0.496%rel（Fp0.2）规定塑性延伸力0.620%试样原始面积0.578%rel（Rp0.2v）拉伸速率0.611% rel(Rp)= 1.157%2.3.6规定塑性延伸强度的相对扩展不确定度取包含概率p=95%，按K2Urel(Rp)kcrel(Rp)Urel(Rp)21.157%2.314%2.4断后伸长率不确定度评定数学模型 A断后伸长率L0原始标距Lu原始标距断后伸长（LuL0）的测量精确到0.25mm。在测定不确定度时公式表达为：与L0彼此不相关，则：rel(A)= 2.4.1A类相对标准不确定度分项rel（rep）的评定本例评定三个试样测量平均值的不确定度，故应除以。 rel（rep）=1.778%2.4.2原始标距的B类相对不确定度分项rel（L0）的评定根据标准规定，原始标距的标记L 应准确到1%。按均匀分布考虑，则：rel（L0）0.577%2.4.3断后伸长的B类相对标准不确定度分项rel（）的评定断后伸长（LuL0）的测量精确到0.25mm。本试验平均伸长为15.598，按均匀分布考虑k=，则：rel（）0.925% 2.4.4数字修约带来的相对标准不确定度分项rel（off）断后伸长率的修约间隔0.5%。按均匀分布考虑，修约带来的相对标准不确定度分项：rel（off）0.465% 2.4.5断后伸长率的相对合成不确定度标准不确定度分项不确定度来源相对标准不确定度平均值rel（rep）测量重复性1.778%31.05%rel（L0）试样原始标距0.577%50mm断后伸长0.925%15.598mmrel（off）修约0.465%相对合成不确定度：rel(A)= 2.137%2.4.6断后伸长率的相对扩展不确定度 取包含概率p=95%,按K2相对扩展不确定度 2.5断面收缩率不确定的评定数学模型 Z断后伸长率S0原始横截面积Su断后最小横截面积公式中Su不独立，与S0相关性显著。近似按S0与Su相关系数为1考虑。符合下式关系： (Z)= 2.5.1A类标准不确定度（rep），故应除以（rep）= 2.5.2原始横截面积S0 的相对标准不确定度分项的评定：根据GB/T228-2002 标准中，测量原始横截面积时，测量每个尺寸应准确到0.5%。 S0 =ab =+(1)测量宽度a引入的不确定度(2)测量厚度b引入的不确定度则 =+0.578%试样公称面积190mm22.5.3断裂后横截面积的标准不确定度分项标准中规定断裂后最小横截面积的测定应准确到2%，按均匀分布考虑： 根据计算断后缩径处最小直径处横截面积平均为100.7mm22.5.4数字修约带来的相对标准不确定度分项（off）根据GB/T228.1-2010金属材料 第1部分：室温拉伸试验方法，第22条中的规定，断后伸长率的修约间隔1%。按均匀分布考虑，修约带来的相对标准不确定度分项：rel（off）0.289% 2.5.5断后伸长率的相对合成不确定度标准不确定度分项不确定度来源相对标准不确定度平均值（rep）测量重复性0.580%31.05%（S0）试样原始横截面积1.098mm2192.196mm断裂后横截面积1.163mm298.404mm（off）修约0.289%=0.313% (Z)= =0.719%2.5.6断面收缩率的相对扩展不确定度 取包含概率p=95%,按K2相对扩展不确定度 3 相对扩展不确定度汇总抗拉强度Urel(Rm)上屈服强度Urel(ReH)规定塑性延伸强度Urel(Rp)断后伸长率断面收缩率2.212%2.332%2.314%