浅析钢材拉伸试验结果测量不确定度评定

黄金福

（佛山市市政工程质量检测有限公司，广东佛山528000）

0 前言

测量不确定度是测量系统最基本也是最重要的特性指标，是测量质量的重要标志。通过对钢材抗拉强度试验，对测量不确定度进行分析，建立测量不确定度的数学模型，可以使检测机构技术人员很快地估计出强度不确定度，更有效地进行检测控制。

1 概述

不确定度,是指可疑程度,广义而言,测量不确定度意为对测量正确性的可以程度。本文根据实际工作操作，以Φ10 mmQ235热扎圆盘条钢筋为试样，使用1级精度的SHT4605电液伺服万能试验机及卡尺，依据《GB/T 228.1-2010金属材料 拉伸试验 第1部：室温试验方法》及《GB/T 701-2008低碳钢热轧圆盘条》规范，按要求将试样放入试验机，对其施加受控速率的轴向拉力，测量试样拉断时的最大作用力，以此浅析不确定度的评定。

2 数学模型

测量不确定度的评定过程，一般如下所示：建数学模型→标准不确定度的评定(A类评定及B类评定)→算合成标准不确定度→算扩展不确定度→不确定度的报告。根据《GB/T 228.1-2010金属材料拉伸试验 第1部：室温试验方法》，试样的抗拉强度公式为：

式中：Rm——抗拉强度，N/mm2；

Fm——最大试验力，N；

SO——截面积，mm2；

dm——试样直径，mm。

3 计算分量标准不确定度

测量不确定度的主要来源是：设备、环境条件、检测人员、检测方法的缺陷等因素。对于金属材料抗拉强度的测定，试验机由微机控制精度、灵敏度较高，加荷速度控制在允许范围内其影响可忽略不计；另外检测时温度变化很小可忽略不计。

3.1 截面积的不确定度分量

（1）游标卡尺不确定度：

试样直径测量仪器游标卡尺计量校准证书（证书编号：XJY8060035）提供的不确定度为0.01 mm（k=2），校准引入的不确定度为：

（2）人为操作不确定度：

在满足重复性条件和统计控制状态下，持证上岗人员引入的测量误差为0.01 mm，以均匀分布估计，标准不确定度为：

（3）试样直径的合成标准不确定度为：

（4）试样直径测量值d=10.00 mm，其相对标准不确定度为：

（5）截面积S0的相对标准不确定度为：

3.2 试验力的不确定度分量

根据SHT4605电液伺服万能试验机检定证书(证书编号 LLC8010018)提供：U=0.4%(k=2),则其相对标准不确定度为：

1.0级SHT4605电液伺服万能试验机，其示值误差为±1.0%，以均匀分布估计，其引入的相对标准不确定度为：

因此，试验力的合成相对标准不确定度为：

3.3 数值修约的不确定度分量

根据热轧圆盘条抗拉强度的修约规则，其修约间隔为5 MPa。依据JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》规定，由于数值修约引起的测量不确定度为：

则其相对标准不确定度（取盘圆条抗拉强度为：410 MPa）：

μx=1.45/410=0.35%

3.4 合成相对标准不确定度

抗拉强度Rm的合成相对不确定度：

3.5 合成标准不确定度

按照试验规程，经试验机试验得出试样在36301 N处断裂，截面面积为78.54 mm2，故：

3.6 扩展不确定度评定

扩展不确定度等于包含因子乘以合成标准不确定度，取k=2，则：

3.7 测量结果的报告与表示

根据以上计算，钢筋的不确定报告如表1所列。

表1 不确定度报告表

4 结果分析及讨论

（1）影响屈服强度测量结果不确定度的因素还有试样状态、加载速度、实验温度及湿度等诸多因素，在试验完全满足《GB/T 228.1-2010金属材料拉伸试验 第1部：室温试验方法》标准的良好测试环境中影响甚小。

（2）在测量次数较少时可用极差公式计算A类不确定度。

（3）在B类不确定度评定中用到因子k，k值取多少取决于不确定度分布状态。有时很难决定，这时可视为均匀分布，取

（4）在不确定度评定中，有时可能将不确定度最末位后面的数都进位而不是舍去。但在最终报告中不确定度的保留位数应该与结果保留位数相同。

[1]JJF 1059-1999，测量不确定度评定与表示[S].

[2]GB/T 228.1-2010，金属材料 拉伸试验第1部：室温试验方法[S].

[3]GB/T 701-2008，低碳钢热轧圆盘条[S]．

[4]冀建新，钟洪.金属材料拉伸试验测量结果不确定度评定[J].物理测试，24(6)：26-27.