土工织物拉伸强度试验不确定度评定

土工织物拉伸强度试验不确定度评定
胡宁宁
【摘要】本文根据水利部标准《土工合成材料测试规程》(SL 235—2012)对机织土工织物的拉伸强度进行测试,依据国家计量规范《测量不确定度的评定与表示》(JJF 1059.1—2012)对试验结果进行测量不确定度评估,对引起不确定度的来源进
行分析并量化,求得扩展不确定度并给出不确定度分析结果.
【期刊名称】《中国水能及电气化》
【年(卷),期】2017(000)009
【总页数】4页(P44-46,43)
【关键词】土工织物;拉伸强度;不确定度;评定
【作者】胡宁宁
【作者单位】上海勘测设计研究院有限公司, 上海 200434
【正文语种】中文
【中图分类】TV49
目前，土工合成材料作为国民生产中非常重要的一类材料，广泛应用于工业、交通、能源、农业、水利、环境和国土改造等领域[1]。

拉伸强度是反映其性能优劣的最
重要的指标。

水利部标准《土工合成材料测试规程》(SL 235—2012)给出了该指
标的具体测试方法[2]，本文尝试利用该测试方法展开试验，并对试验结果的不确
定度进行评定，给出符合计量技术规范的扩展不确定度报告及分析结果。

2.1 试验原理
此次试验采用机织土工织物，将试样夹持在电子万能试验机上、下夹具内(见下图)，在外加负荷不断增大时，试样开始破坏直至完全断裂。

2.2 试验步骤
先将样品置于温度为(20±2)℃、相对湿度(60±10)%的环境中调温调湿24h。

此次试验采用窄条法，将已调温调湿过的样品裁取纵、横向各10块试样，每块试样长度不小于200mm，宽度60mm，在两边抽去大约相同数量的边纱，使试样宽度
达到50mm。

试样上不得有影响试验结果的可见疵点。

此次试验在温度21℃、相对湿度64%的环境中进行。

校正仪器上、下夹具的隔距为100mm，设定拉伸速率为20mm/min。

将试样置于上、下夹具内，然后旋紧上、下夹具螺丝，启动万能试验机，待试样完全破坏，记录最大拉伸力值，并计算拉伸强度，以kN/m为单位。

若试样在夹具中打滑，或在钳口边缘或钳口内被夹坏，且该测值小于平均值的80%，则应剔除这次试验数值，并在原样品上再裁取试样，补足试验次数。

2.3 试验结果
此次试验采用SANS CMT7504微机控制电子万能试验机，试验结果见表1。

根据国家计量技术规范《测量不确定度的评定与表示》(JJF 1059.1—2012)对试验结果进行不确定度分析[3]，本文统一按相对不确定度来分析。

不确定度主要分为
两大类：A类和B类。

A类不确定度是按数理统计方法得到的，B类是由非统计方法得到的。

A类不确定度和B类不确定度二者合成得到合成不确定度，合成不确
定度再乘以合适的扩展因子得出扩展不确定度。

此次试验结果的不确定度分析如下。

3.1 数学模型
土工织物的拉伸强度计算公式为
式中 T——拉伸强度，kN/m；
F——最大拉伸力值，kN；
B——试样宽度，m。

3.2 测量不确定度来源分析
3.2.1 最大拉力F测量不确定度的主要来源
a. 试验机测量不确定度。

b. 试验机校准不确定度。

c. 数据采集记录所带来的影响。

3.2.2 试样宽度B测量不确定度的主要来源
a. 钢直尺的精度。

b. 人员读数的误差影响。

3.3 不确定度计算
3.3.1 A类相对不确定度
根据JJF 1059.1—2012中对A类相对不确定度的规定：对被测量进行独立重复测量n次，通过所得到的一系列测得值，用统计分析方法获得实验标准偏差S(Xi)，用算术平均值作为被测量估计值，此次试验A类相对不确定度计算如下：
uA=S(Xi)/
得到
3.3.2 B类相对不确定度
a. 最大拉力F测量的相对不确定度。

本文中所涉及的电子万能试验机，其示值误差为±0.5%，为均匀分布，k=，因此试验机精度引入的相对不确定度为
所用电子万能试验机是采用0.3级标准测力仪进行检定的，其置信因子k=2，因此由检定仪器所引入的相对不确定度为
JJF 1103—2003计量技术规范中规定：一个合格的计算机数据采集系统所引入的B类相对不确定度为urel(F3)=0.002，该数据可直接引用[4]。

从以上分析可以看出，在最大拉力F的测量中，万能试验机的精度对T测量不确定度的影响最大。

同时，由于以上三个因素引起的不确定度相互独立，最大拉力F 测量引入的相对不确定度为
b. 试样宽度B测量引入的相对不确定度。

试样宽度的测量工具为钢直尺，根据检验检定证书，知其最大允许误差为
±0.05mm，因此，其引入的不确定度为
所使用的钢直尺分辨力为1mm，所以人员读数误差所引起的不确定度为
由钢直尺引入的不确定度和人员读数引入的不确定度相互独立，试样宽度B测量的不确定度合成为
urel(B)=0.0116
c. B类相对不确定度合成。

3.4 拉伸强度T测量相对不确定度的合成
；
；
3.5 拉伸强度扩展不确定度及不确定度结果
当k=2时，此组试样拉伸强度的扩展不确定度为
不确定度结果表示为
T横
不确定度计算结果见表2。

本文通过对机织土工织物拉伸强度试验结果进行不确定度评定，得出以下结论：a. 依据水利部标准SL 235—2012在本实验室系统下进行的土工织物拉伸强度试验，测量工具精密度较高，试验的重复性和复现性较好，所得试验结果理想。

b. 此次试验中A类不确定度，即测量的重复性引入的不确定度相对较小。

c. B类不确定度中最大拉力F分量引入的不确定度较小。

试样宽度B分量引入的
不确定度较大，成为影响此次试验结果准确性的主要因素。

建议条件允许下，优先采用试样宽度为200mm的宽条法进行试验，以减小此分量引入的相对不确定度。

【相关文献】
[1] 迟景魁. 中国土工合成材料发展现状与未来[J]. 纺织导报,1999(1): 14.
[2] SL 235—2012 土工合成材料测试规程[S]. 北京：中国水利水电出版社，2012.
[3] JJF 1059.1—2012 测量不确定度评定与表示[S].北京：中国质检出版社，2013.
[4] JJF 1103—2003 万能材料试验机计算机数据采集系统评定[S].北京：中国计量出版社，2003.。