金属拉伸试验测量不确定度评定方法

金属拉伸试验抗拉强度
测量不确定度评定报告
编制人：何去何从
日期：2012.3.12
四川宜宾普什铸造公司检测中心
1 引言
抗拉强度是金属材料的重要力学性能指标。

根据JJF1059-1999《测量不确定度评定和表示》及CNAS-GL05《测量不确定度要求的实施指南》,对同炉浇注的康明斯NG4缸体单铸试棒HT300(Φ20)的抗拉强度测量的不确定度进行了评定。

1.1试验依据：金属材料拉伸试验检测标准GB /T228.1-2010《金属材料室温拉伸试验方法》，1.2被测对象：康明斯NG4缸体,HT300，圆形试棒，试棒标称原始直径20mm。

1.3测量仪器：KQP-1000B型万能材料试验机(计量检定合格为 1 级,示值相对最大允许误差±0.30 %) ，计量检定合格的数显0～150 mm 游标卡尺。

1.4环境要求：试验一般在10～30℃的室温中进行,对温度要求较高的试验室温应控制在23
±5℃,本试验在20℃条件下进行。

2 建立数学模型
根据拉伸试验抗拉强度R m计算公式：
R
m =
2 4
d
F
m
Rm
——抗拉强度，MP
a
F
m
—最大试验力，KN；
d—试棒原始直径，mm。

3 测量不确定度来源分析
测量不确定度通常由测量过程的数学模型和不确定度的传播律来评定。

根据数学模型及试验条件，本试验考虑的不确定度来源及评定方法见表1。

π的不确定度可通过取适当的有效位而忽略不计，本试验中π取3.14159。

表1 不确定来源及评定方法
4.1重复性引入的不确定度u rep( R m)
相同一条件下,在KQP-1000B试验机上,按照GB/T228.1-2010标准连续测定8个同炉浇注的试棒，可认为是重复测定同一试样,测量结果列入表2 。

由表2可得：试样原始直径的样本均值d0 = 19.94mm ,最大力的样本均值Fm=94.01 KN ,抗拉强度样本均值R m =301 MPa ,据标准差计算公式，可算出本次试验的 u rep ( R m ) =3.00MPa .
表2 原始直径d0、最大力Fm和抗拉强度Rm
抗拉强度重复性测量引入的相对标准不确定度为：
%997.0%100301
00.31=⨯=
u
4.2试样直径测量引起的不确定度分量的评定
圆柱形试样的标称直径d 0 为20 mm ,用0～150mm 数显游标卡尺测量。

4.2.1 试样原始直径d 0 测量重复性带来的不确定度分量u 1(d 0 )由测试人员在重复条件下对
4号试样原始直径d 0 各进行10 次测量, 测量数据见表3 。

表 3 试样原始直径 d 0测量数据表
d 0的平均值：938.1911
0==
∑=m
i i
d
m
d mm
标准差：u 1(d 0 )=
()
=--∑=n
i d di 1
2
1
101
mm
0155.0
4.2.2 测量试样所用游标卡尺的误差引入的不确定度分量u 2 ( d 0 )
测量试样所使用的0～150 mm 游标卡尺,经计量合格,极限示值误差为±0. 01 mm ,即误差范围为( - 0.01 mm ,0.01 mm) ,并且在此区间服从均匀分布,其引起的不确定度分量可用B 类评定方法:
均匀分布时包含因子3=
k ，u 2 ( d 0 ) =
0058.03
01.0=mm
4. 2. 3 试样原始直径测量引入的不确定度，
因为测量试样原始直径d 0 所使用的量具的不确定度与测量重复性所引起的不确定度间独立不相关,所以:
()()()0165.00058.00155.02
22
)
(22
)
(100
=+=
+=
d
d
u u d u mm
试样原始直径引入的相对标准不确定度为：
%083.0%100938
.190165.02=⨯=
u
4.3 由试验力值测量引入的不确定度3u
4.3.1试验机的示值误差引入的不确定度u 1（F X ）
本次测试所使用的试验机检定符合1级，服从均匀分布，3=k ，按B 类方法进行评定，
其相对标准不确定度为：
()%577.0%1003
01.01=⨯=
X F u
4. 3. 2 标准测力仪校准试验机引入的不确定度u 2（F X ）,检定本试验机使用的标准测力
仪最大允许误差为0.3级 ，该校准源的不确定度为0.3 %,包含因子为2 ,由此引入的B 类评定相对标准不确定度:
()%15.0%1002
003.02=⨯=
X F u
4. 3. 3 试验力值测量引入的不确定度分量μ3
因为试验机示值误差、标准测力仪校准试验机引入的不确定度2个不确定度来源彼此独立不相关,所以这2 个试验力值测量的绝对标准不确定度可合成为:
4. 4 修约引入的不确定度分量u 4
按照GB/T228.1-2010规定,抗拉强度值修约至1MPa ,分布区间半宽为0.5 MPa ,则由修约引入的
相对标准不确定度为：
3=
k , u 4=
%096.0%1003
3015.0=⨯⨯
4. 5 抗拉强度的标准不确定度的合成
抗拉强度的各不确定度分量见表4 。

因为重复性、试验力、试样原始直径和数值修约所引的不确定度彼此独立不相关,所以:
表4 不确定度分量
%17.12
4232221=+++=
u u u u u
合成标准不确定度为：
a m c MP R u u 52.330110
17.12
=⨯⨯=⨯=-
5扩展不确定度的评定
取概率为95%，置信因子2=K ，则
a
a c MP MP ku U 0.704.752.3295≈=⨯==
6 不确定度的报告
检测HT300康明斯NG4缸体抗拉强度及扩展不确定度报告为：
R m =301MPa ,合成不确定度为u 95=7.0M Pa ,取置信概率为%95，取置信因子2=K 。

()()%
596.015.0577.032
22
)
(22
)(1=+=
+=
x
F
Fx u u u。