淺析鋼材拉伸試驗結果測量不確定度評定

黃金福

（佛山市市政工程質量檢測有限公司，廣東佛山528000）

0 前言

測量不確定度是測量系統最基本也是最重要的特性指標，是測量質量的重要標志。通過對鋼材抗拉強度試驗，對測量不確定度進行分析，建立測量不確定度的數學模型，可以使檢測機構技術人員很快地估計出強度不確定度，更有效地進行檢測控制。

1 概述

不確定度,是指可疑程度,廣義而言,測量不確定度意為對測量正確性的可以程度。本文根據實際工作操作，以Φ10 mmQ235熱扎圓盤條鋼筋為試樣，使用1級精度的SHT4605電液伺服萬能試驗機及卡尺，依據《GB/T 228.1-2010金屬材料 拉伸試驗 第1部：室溫試驗方法》及《GB/T 701-2008低碳鋼熱軋圓盤條》規范，按要求將試樣放入試驗機，對其施加受控速率的軸向拉力，測量試樣拉斷時的最大作用力，以此淺析不確定度的評定。

2 數學模型

測量不確定度的評定過程，一般如下所示：建數學模型→標準不確定度的評定(A類評定及B類評定)→算合成標準不確定度→算擴展不確定度→不確定度的報告。根據《GB/T 228.1-2010金屬材料拉伸試驗 第1部：室溫試驗方法》，試樣的抗拉強度公式為：

式中：Rm——抗拉強度，N/mm2；

Fm——最大試驗力，N；

SO——截面積，mm2；

dm——試樣直徑，mm。

3 計算分量標準不確定度

測量不確定度的主要來源是：設備、環境條件、檢測人員、檢測方法的缺陷等因素。對于金屬材料抗拉強度的測定，試驗機由微機控制精度、靈敏度較高，加荷速度控制在允許范圍內其影響可忽略不計；另外檢測時溫度變化很小可忽略不計。

3.1 截面積的不確定度分量

（1）游標卡尺不確定度：

試樣直徑測量儀器游標卡尺計量校準證書（證書編號：XJY8060035）提供的不確定度為0.01 mm（k=2），校準引入的不確定度為：

（2）人為操作不確定度：

在滿足重復性條件和統計控制狀態下，持證上崗人員引入的測量誤差為0.01 mm，以均勻分布估計，標準不確定度為：

（3）試樣直徑的合成標準不確定度為：

（4）試樣直徑測量值d=10.00 mm，其相對標準不確定度為：

（5）截面積S0的相對標準不確定度為：

3.2 試驗力的不確定度分量

根據SHT4605電液伺服萬能試驗機檢定證書(證書編號 LLC8010018)提供：U=0.4%(k=2),則其相對標準不確定度為：

1.0級SHT4605電液伺服萬能試驗機，其示值誤差為±1.0%，以均勻分布估計，其引入的相對標準不確定度為：

因此，試驗力的合成相對標準不確定度為：

3.3 數值修約的不確定度分量

根據熱軋圓盤條抗拉強度的修約規則，其修約間隔為5 MPa。依據JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》規定，由于數值修約引起的測量不確定度為：

則其相對標準不確定度（取盤圓條抗拉強度為：410 MPa）：

μx=1.45/410=0.35%

3.4 合成相對標準不確定度

抗拉強度Rm的合成相對不確定度：

3.5 合成標準不確定度

按照試驗規程，經試驗機試驗得出試樣在36301 N處斷裂，截面面積為78.54 mm2，故：

3.6 擴展不確定度評定

擴展不確定度等于包含因子乘以合成標準不確定度，取k=2，則：

3.7 測量結果的報告與表示

根據以上計算，鋼筋的不確定報告如表1所列。

表1 不確定度報告表

4 結果分析及討論

（1）影響屈服強度測量結果不確定度的因素還有試樣狀態、加載速度、實驗溫度及濕度等諸多因素，在試驗完全滿足《GB/T 228.1-2010金屬材料拉伸試驗 第1部：室溫試驗方法》標準的良好測試環境中影響甚小。

（2）在測量次數較少時可用極差公式計算A類不確定度。

（3）在B類不確定度評定中用到因子k，k值取多少取決于不確定度分布狀態。有時很難決定，這時可視為均勻分布，取

（4）在不確定度評定中，有時可能將不確定度最末位后面的數都進位而不是舍去。但在最終報告中不確定度的保留位數應該與結果保留位數相同。

[1]JJF 1059-1999，測量不確定度評定與表示[S].

[2]GB/T 228.1-2010，金屬材料 拉伸試驗第1部：室溫試驗方法[S].

[3]GB/T 701-2008，低碳鋼熱軋圓盤條[S]．

[4]冀建新，鐘洪.金屬材料拉伸試驗測量結果不確定度評定[J].物理測試，24(6)：26-27.