關于低碳鋼絲抗拉強度檢測結果不確定度的評定

徐云 王淳 余盛 占艷

(黃石市產品質量監督檢驗所,湖北黃石 435000)

關于低碳鋼絲抗拉強度檢測結果不確定度的評定

徐云 王淳 余盛 占艷

(黃石市產品質量監督檢驗所,湖北黃石 435000)

隨著社會的發展,科技的進步,現代測量技術與方法有了很大的改進。本文結合自己多年的工作經驗,通過分析評定低碳鋼絲抗拉強度檢測結果不確定度,來探討影響鋼材力學性能(抗拉強度)檢測數據的幾個因素,確保檢測數據的準確性。

數據測量 不確定度 評定

1 試驗依據及測量準備事項

1.1 參考標準

GB/T 228.1-2010《金屬材料拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》。

YB/T 5294-2006《一般用途低碳鋼絲》。

1.2 測量準備事項

設備：電子拉伸試驗機。

試樣：低碳冷拉鋼絲，從同一根上截取15根，300mm/根，公稱直徑為Φ1.60mm，試樣通過均勻性測試。

環境溫度：23℃，濕度：56%RH。

2 鋼絲的抗拉強度檢測結果的數學模型

式中：Rm--------抗拉強度，單位為：MPa；

F--------最大拉力，單位為：N；

A--------鋼絲的橫截面積，單位為：mm2；

以受控速度(100mm/min)施加拉力，將試樣拉伸至斷裂。試樣拉斷過程中最大力所對應的應力即為鋼絲的抗拉強度。

圖1

3 鋼絲的抗拉強度測量不確定度的分析

測量結果的標準不確定度包含以下五個不確定分量：

①檢測結果的重復性引入的不確定度u1；②鋼絲的直徑引入的不確定度u2；③設備示值誤差的不確定度u3；④分辨力的不確定度u4；⑤量值修約的不確定度u5；求出各個不確定分量后，合成標準不確定度uC，最后計算出擴展不確定度U。

本試驗測量不確定的報告方式為：報告擴展不確定度U。

4 標準不確定度的分量計算

4.1 計算檢測結果的重復性引入的不確定度u1

從同一根鋼絲上均勻截取10根試樣，進行抗拉試驗，鋼絲的橫截面積以公稱直徑計算，知其橫截面積為：2.011mm2。試樣測量數據結果如下表(表1)：

采用A類不確定度評定，由抗拉強度的平均值為902MPa，可得測量結果的標準不確定度為：

10根鋼絲測得值的數學期望值所對應的抗拉強度為902MPa，

可得其相對標準不確定度u1=0.17%。

4.2 計算鋼絲直徑引入的不確定度u2

該不確定度與鋼絲面積的變化范圍是直接線性關系，與鋼絲直徑的變化范圍是間接的線性關系，因此由鋼絲直徑引入的不確定度與鋼絲直徑的變化存在著傳遞因子；為方便計算，將鋼絲直徑的變化量轉化為面積的變化量來計算其標準不確定度。

根據YB/T 5294-2006的規定，Ф1.60mm鋼絲直徑允許偏差為±0.03mm；

經計算，直徑為1.57mm、1.60mm、1.63mm的鋼絲的面積分別為：

則：SФ1.60-SФ1.57=0.077mm2，SФ1.63-SФ1.60=0.076mm2。

由SФ1.60-SФ1.57與SФ1.63-SФ1.60的值近似相等，據經驗，取0.076mm2作為置信空間的半寬，可得到面積變化量的置信區間為：[-0.076，+0.076]。

該不確定度按B類不確定度評定，按三角分布計算，置信水平p=100%，包含因子為，故由鋼絲直徑引入的不確定度為

由其面積為2.011mm2，則其相對標準不確定度u2=1.54%。

4.3 計算設備示值誤差的不確定度u3

根據電子拉伸試驗機檢定證書提供，其測量相對誤差為：±0.5%，該不確定度按B類不確定度評定；示值偏差按照均勻分布處理，置信水平p=100%，包含因子為，區間半寬為：1.0%。

4.4 計算分辨力的不確定度u4

分辨力為1N。由此帶來的標準不確定度，采用B類評定，按均勻分布處理，置信水平p=100%，包含因子為，區間半寬為：0.5，則分辨力不確定度為

根據4.1中最大拉力平均值為1815N，可知：由分辨力引起的不確定度0.289N遠小于鋼絲測得值的數學期望值1815N，故由分辨力引起的不確定度可忽略不計。

4.5 計算量值修約的不確定度u5

根據修約規則，此試驗中鋼絲抗拉強度修約間隔為5MPa，該標準不確定度采用B類評定，按均勻分布處理，置信水平p=100%，包含因子為，區間半寬為：2.5MPa。

根據4.1中，10根鋼絲測得值的數學期望值所對應的抗拉強度為902MPa，可得其相對標準不確定度u5=0.16%。

5 擴展不確定度U的計算

5.1 計算合成標準不確定度

由以上的計算，得鋼絲相對不確定度分量的直方圖如(圖1)。

由檢測結果的重復性引入的不確定度u1、鋼絲直徑引入的不確定度u2、設備示值誤差的不確定度u3、分辨力的不確定度u4、量值修約的不確定度u5是彼此獨立不相關的，由此可得Rm的相對合成標準不確定度為：

代入數據，可得：u(Rm)=1.58%

10根鋼絲抗拉強度測得值的數學期望值為：902MPa。

則合成標準不確定度為：uc=14.25MPa。

5.2 計算擴展不確定度

選擇包含因子k=2，則擴展不確定度為： kuc U= ?

計算可得：擴展不確定度U=28.5MPa

6 測量不確定度的報告

該低碳冷拉鋼絲抗拉強度為Rm=902±29MPa；包含因子K=2。

7 結語

諸位同行可以采用此方法，類比評定其它鋼材的檢測結果的不確定度，如熱軋帶肋鋼筋、熱軋圓盤條等。由于本人水平有限，難免存在不足之處，敬請各位專家、同行指正。

徐云(1982—),男,湖北黃岡人,質量工程師,本科,研究方向：質量檢測與控制。