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1、金属材料室温拉伸试验测量结果不确定度评定1.测量过程概述：1.1 测量方法及评定依据JJF1059-1999 测量不确定度评定与表示JJG139-1999拉力、压力和万能试验机机定规程GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法JJF1103-2003 万能试验机计算机数据采集系统评定1.2 环境条件环境条件试验一般在（ 1035）室温进行。 . 本例试验温度为 (1925)。1.3 试验机采用经计量部门检定合格的微机控制液压万能试验机WEW-300 。1.4 被测对象采用满足GB/T228-2002 标准要求的金属材料拉伸试样， 本例试样材料为热轧带肋钢筋HRB400 。2 数学模型和输
2、入量的标准不确定度u（rep）的评定2.1 对试样进行测量抽复兴引起的标准不确定度分项u（rep）的评定用100KN 万能材料试验机对 HRB400 盘螺进行拉伸试验。 从同一盘螺中制成 7个试样分别测试 7次。按照 GB/T228-2002进行试验，得到如下测量结果：试验标准偏差按贝塞尔公式计算：112 )(ninijXX sniXi nX11表1 重复性试验测量结果编号试样直径屈服强度 /MPa 抗拉强度 /MPa 伸长率 /% 1 10 431.3 625.5 31.9 2 10 425.8 620 31.5 3 10 425.3 624.5 31.8 4 10 422.7 615.4
3、31.1 5 10 424.7 624.1 32.1 6 10 430.2 630.5 31.6 7 10 420.5 624 31.4 平均值425.8 623.4 31.6 标准差 Sj3.85 4.70 0.34 由于拉伸性能重复性较差， A类不确定度分量贡献较大， n小于10，按贝塞尔公式计算标准差可乘上安全因子。 本例评定三个试样测量平均值的不确定度（为了能与能力验证的评定结果可比较） ，故应除以3。U（rep）=3jS 2 表 2 标准偏差及u（rep）的计算结果项目屈服强度 Rel （Mpa ） 抗拉强度 Rm （Mpa ）断后伸长率 A（% ）试验标准差Sj3.85 4.70
4、0.34 u（rep）2.22 2.71 0.20 u（rep）/% 1.042 0.870 1.266 2.2 输入量 B类、合成和扩展不确定度的评定2.2.1 屈服强度数学模型建立：Rel=0SFelUrel （Rel）=)()()()(20222offUSUFelrepUrelrelrelrelu式中：Rel-屈服强度Fel-下屈服力S0-原始横截面积Rep-重复性Off-修约2.2.1.1下屈服力 Fel 的相对标准不确定度分项urep（Fel ）的评定影响下屈服力的主要因素是试验机测力系统示值误差带来的不确定度，其次是标准测力仪的不确定度和计算机数据采集系统带来的不确定度。通过改变应
5、变速率试验， 在标准允许范围内未发现应变速率对此材料性能的显著影响。（1）试验机测力系统示值误差带来的不确定度urep（F1）万能试验机为 1.0 级，其示值误差为 1.0%，按均匀分布考虑 K=3则：urep（F1）=%577.0 3%0.1（2）标准测力仪的相对标准不确定度urep（F2）使用 0.3 级的标准测力仪对试验机进行鉴定，JJG144-1992 中给出了R=0.3% 。则其相对标准不确定度为：urep（F2）=%106.0 83.2R（3）计算机数据采集系统带来的相对标准不确定度urep（F3）根据 JJF-2003 计量技术规范中给出，计算机数据采集系统所引入的B类相对标准不
6、确定度为0.2%。urep（F3）=0.2% （4）最大力的相对标准不确定度分项Urel （Fel）U rel （Fel）=)()()(32 2212FUFFUrelrelrelu=0.620% 2.2.1.2原始横截面积 S0 的相对标准不确定度分项Urel （S0）的评定：根据 GB/T228-2002 标准中，测量原始横截面积时，测量每个尺寸应准确到0.5%。S0 =241 dU rel （d）= 3%5.0=0.289% S0 的相对标准不确定度分项：U rel （S0）=2Urel （d）=0.578% 2.2.1.3修约带来的相对标准不确定度分项根据 GB/T228-2002规定，
7、在 200Mpa-1000Mpa 数值范围内修约间隔5Mpa ，在屈服强度 425.8Mpa 水平，按均匀分布，修约带来的相对不确定度分项：U rel （off ）=%339.0 328.425/52.2.1.4 屈服强度的相对合成不确定度表 3 下屈服强度的相对标准不确定度分项汇总标准不确定度分项不确定度来源相对标准不确定度 /% Urel （rep）测量重复性1.042 Urel （Fel ）下屈服力0.620 Urel （S0）试样原始横截面积0.578 Urel （off ）修约0.339 相对合成不确定度：Urel （Rel）=)()()()(20222offUSUFelrepUre
8、lrelrelrelu=1.386% 2.2.1.5 下屈服强度的相对扩展不确定度取置信概率 p=95%，按 Kp=2 相对扩展不确定度U95rel（Rel）= KpUrel （Rel）=2.8% 2.2.2抗拉强度建立数学模型：Rm=0SFmUrel （Rm）=)()()()(20222offUSUFmrepUrelrelrelrelu式中：Rm- 屈服强度Fm-下屈服力S0-原始横截面积rep-重复性Off-修约2.2.2.1最大力 Fm的相对标准不确定度分项U rel （Fm）的评定影响最大力的主要因素是试验机测力系统示值误差带来的不确定度，其次是标准测力仪的不确定度和计算机采集系统带来
9、的不确定度。认为室温温度带来的影响不大，其影响可以忽略不计。通过改变应变速率试验，在标准允许范围内未发现应变速率对此材料性能的显著影响。最大力Fm的相对标准不确定度分项Urel （Fm）的评定与下屈服力Fel 的相对标准不确定度分项 urep（Fel ）的评定步骤相同。Urel （Fm）=)()()(322212FUFFUrelrelrelu=0.620% 2.2.2.2原始横截面积 S0 的相对标准不确定度分项Urel （S0）的评定原始横截面积相对标准不确定度与2.2.1.2相同：Urel （S0）=0.578% 2.2.2.3修约带来的相对标准不确定度分项根据 GB/T228-2002规
10、定，在 200Mpa-1000Mpa 数值范围内修约间隔5Mpa ，在屈服强度 623.4Mpa 水平，按均匀分布，修约带来的相对不确定度分项：U rel （off ）=%232.0 324.623/52.2.2.4 抗拉强度的相对合成不确定度表 4 抗拉强度的相对标准不确定度分项汇总相对合成不确定度：Urel （Rm）=)()()()(20222offUSUFmrepUrelrelrelrelu=1.237% 2.2.2.5 下屈服强度的相对扩展不确定度取置信概率 p=95%，按 Kp=2 相对扩展不确定度U95rel （Rm）= KpUrel （Rm）=2.5% 2.2.3断后伸长率建立数
11、学模型：A=00LLLu式中：A-断后伸长率L0- 原始标距Lu- 断后标距GB/T228-2002规定，原始标距的标记L0应准确到 1% ，Lu 的测量应准标准不确定度分项不确定度来源相对标准不确定度 /% Urel （rep）测量重复性0.870 Urel （Fm ）最大力0.620 Urel （S0）试样原始横截面积0.578 Urel （off ）修约0.232 确到 0.25mm 。在评定测量不确定度时公式应表达为：A=00LLLu=0LL此外，通过改变应变速率试验， 在标准允许范围内为发现应变速率对此材料性 能的显著影响。虽然Lu 与 Lo 相关程度很强，但 L 与 Lo彼此不相关
12、，则：Urel （A）=)()()()(22022offULULrepUrelrelrelrelu2.2.3.1原始标距的相对标准不确定度分项U rel （Lo）的评定根据 228-2002 规定原始标距的标记L0应精确到 1% ，按均匀分布考虑K=3，则：urep（L0）=%577.0 3%0.12.2.3.2断后伸长的相对标准不确定度分项Urel （Lo）的评定 按 ISO 6892:1998 标准中的规定，（ Lu-L0）的测量应准确到 0.25mm 。本试验平均伸长为 15.8mm ，按均匀分布考虑K=3，则：urep（L）=%914.0 38.1525.02.2.3.3修约带来的相对
13、标准不确定度分项U rel （off ）的评定根据 228-2002 规定，断后伸长率的修约间隔为0.5%.在 31.6%水平，按均匀分布考虑 K=3。则修约带来的相对标准不确定度分项：u（off ）=%144.0 32%5.0urep（off ）=%456.0 %6.31%144.02.2.3.4断后伸长率的相对合成不确定度表 5 断后伸长率的相对标准不确定度分项汇总标准不确定度分项不确定度来源相对标准不确定度 /% 平均值 Urel （rep）测量重复性1.266 A=31.6% Urel （L0）试样原始标距0.577 mmL500Urel （L）断后伸长0.914 mmL8.15Urel （off ）修约0.456 - 相对合成不确定度：U rel （A）=)()()()(22022offULULrepUrelrelrelrelu=1.726% 2.2.3.5断后伸长率的相对扩展不确定度取置信概率 p=95%，按 Kp=2 相对扩展不确定度U95rel （A）= KpU rel （A）=3.5% 2相对扩展不确定度结果汇总 表 6 相对扩展不确定度结果汇总项目下屈服强度 U95rel （Rel）抗拉强度 U95rel （Rm）断后伸长率 U95rel （A）2.8 2.5 3.5
