玻璃纖維增強塑料沖擊韌性測量不確定度評定

崔廣新（德州市產品質量監督檢驗所，山東 德州 253000）

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玻璃纖維增強塑料沖擊韌性測量不確定度評定

崔廣新
（德州市產品質量監督檢驗所，山東 德州 253000）

摘 要：本文對玻璃纖維增強塑料沖擊韌性試驗測試數據進行了不確定度的評定，并分析了影響結果不確定度的幾個因素。指出了試驗過程中的注意事項，說明了不確定度評定的重要意義。

關鍵詞：玻璃鋼；沖擊韌性；不確定度

玻璃纖維增強塑料（FRP）是一種以玻璃纖維增強不飽和聚酯、環氧樹脂與酚醛樹脂為基體材料的復合塑料。在我國被俗稱為“玻璃鋼”。作為復合材料的一種，玻璃鋼因其具有質輕、強度高、耐腐蝕等獨特的性能優勢，在航空航天、鐵道鐵路、裝飾建筑、家居家具、建材衛浴和環衛工程等相關行業中得到了廣泛應用。

多場合的應用對玻璃鋼的力學性能要求很高，而力學性能的優劣需要用力學性能試驗來證明，因此力學性能試驗數據的準確性顯得尤為重要，試驗數據的準確性與所用的計量儀器是否準確以及測量不確定度是否合理密切相關，對玻璃鋼制品沖擊韌性試驗結果有影響的因素很多，除了原材料配比不同導致沖擊性能不同外，還有很多其它因素，如測量的重復性，儀器的精度等，因此，有必要對這些影響試驗結果的因素進行研究。

1 方法概述

根據GB/T1451-2005《纖維增強塑料簡支梁式沖擊韌性試驗方法》，在環境溫度為23℃，濕度為53%的條件下測量了一種玻璃纖維增強塑料的沖擊韌性，相關實驗數據及計算結果見表1：測量開有“V”形缺口的試樣（如圖1所示）缺口處的寬度和缺口處的最小厚度，精確到0.01mm，將試樣兩端水平放置在支撐物上，缺口背向沖擊擺錘，擺錘向試樣中間撞擊一次（如圖2所示），使試樣受沖擊時產生應力集中而迅速破壞。記錄沖擊沖斷試樣所消耗的功，帶入計算公式得出沖擊韌性計算結果。實驗使用的儀器為XJJ-50型沖擊韌性試驗機，測量范圍為0～15J，示值誤差為0.15J，游標卡尺，測量范圍為0～150mm，示值誤差為0.01mm。

表1 玻璃纖維增強材料沖擊韌性測試結果

2 數學模型

沖擊韌性的計算公式為：

ak為沖擊韌性，單位為千焦耳每平方米（kJ/m2）；A為沖斷試樣所消耗的功，單位為焦耳（J）；b為試樣缺口處的寬度，單位為毫米（mm）；d為試樣缺口處的最小厚度，單位為毫米（mm）。

根據上式可知，在檢測過程中主要有：（1）沖擊試驗機和游標卡尺的誤差引起的不確定度，稱之為B類標準不確定度。（2）試樣寬度、厚度以及沖擊功的測量重復性引起的不確定度，稱之為A類標準不確定度。

圖1

圖2

3 不確定度的評定

3.1 測量不確定度的評定方法

A類標準不確定度分量是用統計分析法來評定的，可用平均值的標準差s與測量次數的開方n1/2的比值來計算，即

B類標準不確定度的分量不能用統計分析法評定，而是基于其它方法估計概率分布或分布假設來評定標準差并得到標準不確定度，若只是考慮儀器本身的誤差，可以得到B類標準不確定度分量為

式中：a是指儀器本身的誤差值，k的取值與儀器誤差分布的特性有關。

3.2 測量不確定度的評定

（1）試樣寬度b測量不確定度

游標卡尺示值誤差引起的不確定度u（b1），試驗用游標卡尺示值誤差為0.01mm，由此可得游標卡尺引起的標準不確定度為

寬度測量重復性引起的不確定度

故該寬度的合成標準不確定度為

寬度的相對標準不確定度為

u（b）=0.131%

（2）試樣厚度d的測量不確定度

游標卡尺示值誤差引起的不確定度u（d1），試驗用游標卡尺示值誤差為0.01mm，由此可得游標卡尺引起的標準不確定度為

厚度測量重復性引起的不確定度

故該厚度的合成標準不確定度為

厚度的相對標準不確定度為

u（d）=0.159%

（3）沖擊功的不確定度

查閱儀器的說明書可知，該儀器的示值誤差不確定度為0.15J，其包含因子為k=2，因此其標準不確定度為

沖擊功測量重復性引起的不確定度

故該沖擊功的合成標準不確定度為

沖擊功的相對標準不確定度為

u（A）=0.912%

3.3 其它因素引起的不確定度

在實際測試中，還有很多因素對實驗數據的不確定度造成了影響，比如材料試驗的時機、實驗室的溫濕度環境，試樣的擺放位置等，對沖擊韌性的影響很小，因此可以忽略不計。

3.4 沖擊韌性合成相對標準不確定度

根據測試結果，可知其合成標準不確定度為

u=Urel×ak=0.935%×151.96=1.42kJ/m2

3.5 不確定度報告

本次試樣沖擊韌性測試結果為：ak=151.96±2.84kJ/m2，包含因子k=2，這表明，可以期望在（151.96-2.84）～（151.96+2.84）區間內包含了沖擊韌性測量結果可能值的95%。

結論

在置信概率為95%的情況下，本次試樣沖擊韌性的擴展不確定度為U=2.84kJ/m2，包含因子k=2。

從不確定度分量評定分析來看，沖擊功的準確與否對沖擊韌性結果影響較大，因此在質量體系運行過程中，要重視對試驗儀器設備的維護保養，檢定或校準要及時，保證其精度可靠；同時試驗過程操作應準確一致，盡量減少因認為誤差而引起的不確定度。

參考文獻

［1］黎駿昭，敖卓炳，周肖枝.玻璃纖維增強塑料夾砂管初始環剛度不確定度評定［J］.江西建材，2014（14）：6-7.

中圖分類號：TQ327

文獻標識碼：A