探討金屬材料力學(xué)性能測試的不確定度評定

王學(xué)鵬

摘 要：測量材料的不確定度與探究其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值是質(zhì)量實(shí)驗(yàn)體系中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，并且實(shí)驗(yàn)室對于材料力學(xué)性能的不確定度評定會專門配置有相關(guān)的程序。而在檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室中，對于金屬材料力學(xué)性能測試的不確定度評定有著嚴(yán)格的要求，同時(shí)這也是一項(xiàng)被實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可的探究性實(shí)驗(yàn)工作。本文對金屬材料力學(xué)性能測試不確定度的評定進(jìn)行探討，以期為金屬材料的理化檢驗(yàn)提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：金屬材料；力學(xué)性能測試；不確定度評定

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.219

1 前言

現(xiàn)階段，針對金屬材料力學(xué)性能測試不確定度評定的各種研究報(bào)道層出不窮，在這些研究報(bào)道中，金屬室溫拉伸試驗(yàn)與金屬硬度試驗(yàn)是其中被頻繁提到的兩種測試。目前，出版了新的關(guān)于金屬室溫拉伸試驗(yàn)方法與硬度的一些試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)以金屬材料的不確定度評定實(shí)例做相關(guān)說明，然而在實(shí)際的評定過程中仍存在一些問題。本文主要對金屬材料力學(xué)性能測試量的不確定度評定進(jìn)行探討，進(jìn)而對金屬材料力學(xué)性能測試做詳細(xì)分類，再根據(jù)類別劃分不同測量不確定度評定間的共同特征，從而為目前的金屬材料力學(xué)性能測試的不確定度評定提供更多參考依據(jù)。

2 分類對象

在金屬材料力學(xué)性能測試中，不確定度評定對象的分類主要有兩種，一種可直接通過傳感器、測量工具等確定，俗稱直接量。例如，F(xiàn)m（最大試驗(yàn)力值）可直接通過傳感器取得的位移曲線直接測量出來；此外，斷后標(biāo)距Lu、試樣斷裂最小直徑du也可以直接測量得到[1]。另一種則基于直接量上再通過復(fù)雜計(jì)算與分析后得到的量，俗稱間接量，間接量是直接量基礎(chǔ)上的再運(yùn)算合成。例如Rm、Rp0.2、A、Z等就是間接量。維氏硬度（HV）和布氏硬度（HB）的最終硬度值，先采用壓痕尺寸進(jìn)行取值測量，再在測量值上計(jì)算獲得，因HV值和HB值的計(jì)算公式中變量僅是壓痕尺寸的測量取值量，而其余的數(shù)值都是常數(shù)，所以可將HV值和HB值等同于直接量。由此可方便HV值、HB值及洛氏硬度值能夠根據(jù)統(tǒng)一不確定度評定標(biāo)的準(zhǔn)來評定。分類具體如下：一是直接量，包括Fm、Rp0.2、du、d0、a0、b0、HRC、HRB、HB、HV、KU2、KV2等。a0與b0用以表示矩形截面測試量，a0則表示試樣的原始厚度，b0則表示試樣長度原始寬度。二是間接量，包括Fm、Rp0.2、A、Z等。

3 評定方法

一般情況下，不確定度的評定方法可分為兩種，包括A類、B類評定標(biāo)準(zhǔn)不確定度。而A類評定標(biāo)準(zhǔn)不確定度通常采用統(tǒng)計(jì)分析法對觀測列的標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行評定，在實(shí)際理化檢驗(yàn)中較常用合并樣本標(biāo)準(zhǔn)差、最小二乘法、極差法及塞爾公式這四種方式。B類評定標(biāo)準(zhǔn)不確定度不同于A類評定標(biāo)準(zhǔn)不確定度，B類主要按照大量已知信息進(jìn)行不確定度的評定，例如，采用檢定證書、校準(zhǔn)證書、準(zhǔn)確度等級、技術(shù)說明書給出的不確定度等，或者是根據(jù)以往對的測量數(shù)據(jù)、工作經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)行評定。

此外，筆者根據(jù)自身對金屬材料的不確定量評定的摸索，總結(jié)出一套全新評定材料不確定度的方案措施，總的來說，其評定方法是依據(jù)量值的變化規(guī)律以分類來評定材料的不確定度，進(jìn)而構(gòu)建為一套新型的評定方法。

3.1 直接量

從其構(gòu)成而言，直接量是由測量過程、量值溯源、自身系統(tǒng)這三個(gè)部分的不確定度構(gòu)成的，具體情況詳見表1。

3.2 間接量

通常情況下，間接量的數(shù)據(jù)都是測試人員利用直接量的測試結(jié)果通過復(fù)雜公式運(yùn)算出來的。一般來說，要想評定間接量的內(nèi)容，測試人員可通過兩個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)。一是評定基本情況。對間接量、直接量的影響因素進(jìn)行評價(jià)。二是運(yùn)用公式進(jìn)行運(yùn)算，然后對全部不確定度進(jìn)行整理[2]。研究表明，間接量是由四項(xiàng)力學(xué)性能構(gòu)成，可結(jié)合圓形截面試驗(yàn)樣本計(jì)算得到。倘若截面呈現(xiàn)舉行，則可把u（d）變?yōu)閡（a0）以及u（b0），詳細(xì)情況見表2。

4 評估測量過程中的誤差

通常情況下，測試數(shù)據(jù)具有直接量以及間接量這兩大類型，其中前者的測試數(shù)據(jù)是后者展開工作的前提條件，對其測試結(jié)果產(chǎn)生直接影響。因此，探究直接量測試的可靠措施顯得尤為重要[3]。對于直接量的測定，力學(xué)往往從這三個(gè)方面著手：一是測量基準(zhǔn)，指的是測量的標(biāo)定工具，會比一般的測量工具的精度等級要高，其測量精度屬于最高級別。二是測量基準(zhǔn)，這是針對工具來說的。三是測量工具。研究表明，工具的精度通常會明顯低于基準(zhǔn)。實(shí)際中，采用測量基準(zhǔn)對測量工具進(jìn)行檢定時(shí)，會習(xí)慣性地將測量基準(zhǔn)值作為真值處理，基于相同條件下對測量工具的值與測量基準(zhǔn)的值進(jìn)行對比，對比出兩者的差值，若該差值處于一定范圍內(nèi)，則表示測量工具的精度是合格的。當(dāng)采用測量工具測試測量對象時(shí)，測量到的值會存在誤差區(qū)間，若將設(shè)備的分辨力因素考慮在內(nèi)，實(shí)際測量值的誤差區(qū)間還會更大。

5 結(jié)束語

綜上所述，將金屬材料的力學(xué)性能測試量分為直接量與間接量，對測試量的量值溯源進(jìn)行分析，通過三個(gè)部分對直接量不確定度進(jìn)行分析；在直接量不確定度基礎(chǔ)上對其他因素的不確定度進(jìn)行獲取，再將這些不確定度分量合成后形成間接量不確定度。由此可提高金屬材料力學(xué)性能測試的不確定度評定效果。

參考文獻(xiàn)：

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