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力學(xué)性能測(cè)量不確定度 評(píng)定推薦方法說明,鄧星臨,1. 概述 金屬力學(xué)性能是金屬在力作用下所顯示與彈性和非彈性反應(yīng)相關(guān)或涉及應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系的性能。由于作用力特點(diǎn)的不同，如力的種類、施力方式、應(yīng)力狀態(tài)等的不同，以及所處環(huán)境的不同，使金屬在受力后表現(xiàn)出各種不同的行為。在諸多影響因素中，有些因素對(duì)性能的影響比較容易量化，有些則不然。,金屬力學(xué)試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定的 專業(yè)性和針對(duì)性很強(qiáng)。它不僅要求有測(cè) 量不確定度的理論和必要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知 識(shí)，還需要掌握試驗(yàn)方法和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)， 了解設(shè)備的計(jì)量檢定規(guī)范，以及標(biāo)準(zhǔn)物 質(zhì)等綜合知識(shí)，這些更增加了金屬力學(xué) 試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定的難度。,編寫原則 根據(jù)CNAL/AR11: 2006《測(cè)量不確定度政策》中 “遵循國(guó)際規(guī)范的相關(guān)要求，與國(guó)際相關(guān)組織的要求保持一致”和“目標(biāo)明確、重要先行、循序漸進(jìn)” 原則。編寫了中國(guó)金屬學(xué)會(huì)推薦 JJF 1059-1999 的規(guī)定，把重點(diǎn)放在各不確定度分量的量化上。,2.1考慮儀器誤差時(shí)， 既不考慮實(shí)際檢定的結(jié)果， 也不采用檢定結(jié)果的修正值進(jìn)行修正。 而是采用儀器的最大允差。 因此，其評(píng)定結(jié)果適用于最一般的情況。,2.2省略了自由度的計(jì)算， 從而減少了一半的工作量，使我們能夠集中精力對(duì)各不確定度的分量進(jìn)行量化。 2.3由于省略了自由度的計(jì)算，包含因子的選擇也簡(jiǎn)化。 擴(kuò)展不確定度對(duì)應(yīng)于95%置信水平下，包含因子一律選 k = 2。,2.4 由于力學(xué)性能試驗(yàn)是破壞性試驗(yàn)，其特 殊性是同一點(diǎn)不可能重復(fù)測(cè)量，測(cè)量包 含了試樣均勻度的影響。當(dāng)A類不確定 度分量對(duì)合成不確定度貢獻(xiàn)較大時(shí) n 不 宜太小， (絕對(duì)不可以不考慮),在“金屬材料拉伸試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定”中采用了25個(gè)試樣。為了示范評(píng)定A類不確定度中的合并樣本標(biāo)準(zhǔn)差，在 “金屬洛氏硬度試驗(yàn)（HRC）測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定” 中采用了3個(gè)樣本。 絕大多數(shù)項(xiàng)目的A類不確定度評(píng)定都是采用5或6個(gè)測(cè)量點(diǎn)為測(cè)量列，并用極差法來計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差。,2.5 一部分方法最后加入了討論，將 不確定度評(píng)定與能力驗(yàn)證結(jié)果相 比較。該部分僅僅是為讀者提供 參考，并非是對(duì)評(píng)定不確定度的 要求。,3. 幾個(gè)不同類型： 3.1 與拉伸試驗(yàn)性能相關(guān)的試驗(yàn) CSM 01 01 02 01 －2006 金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定 CSM 01 01 02 02 －2006 金屬拉伸楊氏模量(靜態(tài)法)測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定 CSM 01 01 02 03 －2006 鋼絞線彈性模量測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定 CSM 01 01 02 04 －2006 金屬薄板和薄帶塑性應(yīng)變比(r值)測(cè)量結(jié)果不確定 度評(píng)定,⑴ 各種參數(shù)都有明確的物理公式作為數(shù)學(xué)模型。 ⑵ 拉伸試驗(yàn)機(jī)力值的不確定度分項(xiàng)都是通過標(biāo)準(zhǔn)測(cè) 力儀進(jìn)行檢定來評(píng)定的。 ⑶ 在B類不確定度分量的量化過程中，由于測(cè)量方 法和條件的限制，測(cè)量的結(jié)果往往不是由量具的 誤差決定的。也就是說合乎要求的量具僅僅是達(dá) 到技術(shù)文件規(guī)定的保證。 ⑷ 在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成時(shí)，考慮輸入量之間的 相關(guān)性。,3.2 夏比沖擊試驗(yàn) CSM 01 01 02 05 －2006 金屬夏比沖擊試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定 由于國(guó)內(nèi)外對(duì)沖擊試驗(yàn)量值傳遞還沒有最后 定論，本方法僅僅是根據(jù)能力驗(yàn)證試驗(yàn)，對(duì) 沖擊滿意值95%置信概率分布范圍的評(píng)估。 這符合不確定度的概念。因此其評(píng)定結(jié)果是 代表沖擊試驗(yàn)機(jī)的總體情況。,3.3 硬度試驗(yàn) CSM 01 01 02 06 －2006 金屬洛氏硬度試驗(yàn)(HRC)測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定 CSM 01 01 02 07 －2006 金屬布氏硬度試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定 CSM 01 01 02 08 －2006 金屬維氏硬度試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定 CSM 01 01 02 09 －2006 金屬里氏硬度試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定,金屬硬度試驗(yàn)測(cè)量不確定度的評(píng)定是通過標(biāo)準(zhǔn) 硬度塊間接檢定的模式進(jìn)行的。 有一個(gè)值得特別指出的一點(diǎn)是， 在評(píng)定測(cè)量重復(fù)性和檢定重復(fù)性時(shí)是采用標(biāo)準(zhǔn) 硬度塊進(jìn)行測(cè)量的同一測(cè)量列。 我們認(rèn)為使用標(biāo)準(zhǔn)硬度塊進(jìn)行試驗(yàn)，也代表測(cè) 量，由于其均勻性好，可以避免將試樣的不均 勻帶入到重復(fù)性中。 二者的區(qū)別是，檢定是五點(diǎn)平均值，測(cè)量是根 據(jù)報(bào)結(jié)果的要求來定。,力學(xué)性能測(cè)量不確定度評(píng)定中 的幾個(gè)問題,1, B類不確定度分量的量化是根據(jù)量具還是依據(jù) 技術(shù)文件規(guī)定的問題 2, 拉力試驗(yàn)力值的測(cè)量不確定度分量評(píng)定 3, 不確定度的A類評(píng)定 4, 力學(xué)性能試驗(yàn)中不確定度分量的相關(guān)性 5, 引伸計(jì)帶來的不確定度分項(xiàng)評(píng)定中的問題 6, 金屬硬度試驗(yàn)測(cè)量不確定度評(píng)定中的幾個(gè)問題,1. B類不確定度分量的量化是根據(jù)量 具還是依據(jù)技術(shù)文件規(guī)定的問題 JJF 1059-1999 文件 8.2 中指出： “在工業(yè)、商業(yè)等日常的大量測(cè)量中，有時(shí)雖然沒有任何明確的不確定度報(bào)告，但所用的測(cè)量?jī)x器是經(jīng)過檢定處于合格狀態(tài)，并且測(cè)量程序有技術(shù)文件明確規(guī)定，則其不確定度可以由技術(shù)指標(biāo)或規(guī)定的文件評(píng)定?！?⑴拉伸試樣橫截面積的測(cè)量 在量化此分量時(shí)多數(shù)人是根據(jù)千分尺的最大誤差。有的人則進(jìn)行反復(fù)測(cè)量。 在測(cè)量時(shí)無法得知試驗(yàn)后的斷裂位置；GB/T 228-2002標(biāo)準(zhǔn)中試樣的加工除規(guī)定了尺寸公差外，還規(guī)定了形狀公差。再加上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際清潔條件等限制,GB/T 228-2002標(biāo)準(zhǔn)要求來選用量具或測(cè)量裝置。在試樣橫截面尺寸＞2.0～10.0mm時(shí)，分辨力不大于0.01mm，因此選用千分尺來測(cè)量。 GB/T 228－2002標(biāo)準(zhǔn)B4中給出， 測(cè)定原始橫截面積時(shí)， 測(cè)量每個(gè)尺寸應(yīng)準(zhǔn)確到0.5%。 是經(jīng)過大量統(tǒng)計(jì)得出的， 在評(píng)定工作中可直接引用。,試樣斷后橫截面積的測(cè)量誤差不取決于量具，斷后縮徑處最小直徑測(cè)量用卡尺， 由于斷口配接存在一定困難， 實(shí)際的測(cè)量誤差要遠(yuǎn)大于量具的誤差。 GB/T 228–2002標(biāo)準(zhǔn)19.1中規(guī)定 斷裂后最小橫截面積的測(cè)定應(yīng)準(zhǔn)確到2%。,⑵試樣的標(biāo)距 試樣原始標(biāo)距由劃線操作和測(cè)量來決定的，因此量化該項(xiàng)不確定度分量時(shí)僅僅考慮量具是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。 按GB/T 228–2002標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定 原始標(biāo)距的標(biāo)記應(yīng)準(zhǔn)確到1%,⑶斷后伸長(zhǎng)率不確定度的評(píng)定 GB/T 228-2002國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中， 對(duì)斷后伸長(zhǎng)的規(guī)定有誤。 如果按照該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定來評(píng)定不確定度，即使方法正確，也不能得到正確的結(jié)果。,GB/T 228–2002標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定， 原始標(biāo)距L0 應(yīng)準(zhǔn)確到1%， 斷后標(biāo)距Lu 應(yīng)準(zhǔn)確到0.25mm， L0 與Lu 兩個(gè)量相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)接近1。 如果L0=50mm 可相差到0.5mm 與Lu 應(yīng)準(zhǔn)確到0.25mm矛盾,GB/T 228–2002標(biāo)準(zhǔn) 等效采用 ISO 6892：1998（E） ISO 6892的 11.1中規(guī)定 斷后伸長(zhǎng)（Lu-L0）的測(cè)量應(yīng)準(zhǔn)確到0.25mm 在評(píng)定測(cè)量不確定度時(shí)應(yīng)該采用該規(guī)定,ΔL 與 L0 彼此不相關(guān),拉力試驗(yàn)力值的測(cè)量 不確定度分量評(píng)定 ⑴ 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的不確定度分項(xiàng) 1 級(jí)試驗(yàn)機(jī)的力值允差為 1.0% 0.5級(jí)試驗(yàn)機(jī)的力值允差為0.5% 許多人以為0.3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的力值允差分0.3% 0.1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的力值允差為0.1% 0.3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的R 為0.3% 0.1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的R 為0.1%,,⑵ 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)帶來的 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度 在評(píng)定力值不確定度分項(xiàng)時(shí)， 往往遺漏計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的不確定度分項(xiàng) JJF 1103-2003 萬能試驗(yàn)機(jī)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)評(píng)定 B3中， 合格的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所引入的B類相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為 0.210-2,⑶ 拉伸楊氏模量試驗(yàn)中 力值不確定度分量評(píng)定 軸向力增量 ΔF 為 A、B 兩點(diǎn)力值之差，即： ΔF = FA – FB,,3. 不確定度的A類評(píng)定 評(píng)定時(shí)必須考慮 拉伸性能重復(fù)性較差。A類不確定度分量貢獻(xiàn)較大時(shí)，n 不宜太小。 n 小于10，按貝塞爾公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差可乘上安全因子 T 可以考慮采用極差法來計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差 評(píng)定A類不確定度時(shí)應(yīng)明確是采用單次試驗(yàn)， 還是幾次（m次）試驗(yàn)平均,4. 力學(xué)性能試驗(yàn)中不確定度 分量的相關(guān)性 拉伸試樣原始截面 S0 大， 斷后最小橫截面積 Su 也一定大， 二者強(qiáng)相關(guān)。可近似認(rèn)為其相關(guān)系數(shù)為1。 則各不確定度分項(xiàng)為線性和關(guān)系 試樣原始標(biāo)距L0 與斷后伸長(zhǎng) Lu 也應(yīng)該是強(qiáng)相關(guān)。 薄板和薄帶塑性應(yīng)變比（r 值）試驗(yàn)中 L/L0 與 b/b0 相關(guān),5.引伸計(jì)帶來的不確定度分項(xiàng) 評(píng)定中的問題 ⑴ 引伸計(jì)的誤差極限 一級(jí)引伸計(jì)的誤差極限為1.0%。 變形量小于0.3mm時(shí)，誤差極限為0.3μm。 測(cè)量彈性模量，變形量往往都小于0.3mm 。,⑵ 拉伸楊氏模量試驗(yàn)中軸向變形增量 不確定度分量的評(píng)定 經(jīng)常犯的錯(cuò)誤是將引伸計(jì)的不確定度 當(dāng)成了軸向變形增量的不確定度。,,6. 金屬硬度試驗(yàn)測(cè)量不確定度 評(píng)定中的幾個(gè)問題,金屬硬度試驗(yàn)測(cè)量不確定度的評(píng)定是通過標(biāo)準(zhǔn)硬度塊傳遞的模式進(jìn)行的，實(shí)際上千分尺、卡尺等其它領(lǐng)域的測(cè)量不確定度評(píng)定，也普遍是這種模式。因此把這種評(píng)定模式弄清楚特別有意義。,2003年4月17日國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/TC 164/SC 3 硬度分委員會(huì)發(fā)出的一份ISO/CD 6508-1 討論稿中，由德國(guó)人提交的一份金屬材料硬度試驗(yàn)草案⑶,,硬度計(jì)允許誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)； 標(biāo)準(zhǔn)硬度塊引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)； 用標(biāo)準(zhǔn)硬度塊檢定時(shí)平均值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)； 試樣硬度測(cè)量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)； 測(cè)量系統(tǒng)的分辨力引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)。,,,,謝謝,