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    眾所周知，對材料的任何特性指標(biāo)進(jìn)行測量時(shí)，無論人員、設(shè)備、方法、環(huán)境等條件如何完善，其測量結(jié)果始終存在不確定性。測量的水平和質(zhì)量用測量不確定度來評價(jià)，不確定度越小，則測量結(jié)果的可疑程度越小、可信程度越大、測量結(jié)果的質(zhì)量越高，反之則測量結(jié)果的可疑程度越大、可信程度越小、測量結(jié)果的質(zhì)量越差。在材料性能檢測中，不確定度的評定與表示方法的統(tǒng)一是科技交流和國際貿(mào)易的迫切需要，在試驗(yàn)室質(zhì)量管理和質(zhì)量保證中尤為重要。

 

     金屬線材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)是以試樣自身為軸線，沿單向或交變方向均勻扭轉(zhuǎn)，直至試樣斷裂或達(dá)到規(guī)定的扭轉(zhuǎn)次數(shù)為止的過程。金屬線材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)是檢驗(yàn)金屬線材承受塑性變形的能力及顯示線材的表面或內(nèi)部缺陷的重要手段之一，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果也存在著不確定度。來自中航西安飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司的彭萌、孫小波、郗濤三位研究人員對某70E鋼絲進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，并對其扭轉(zhuǎn)性能的測量不確定度進(jìn)行了評定，供理化試驗(yàn)室人員參考。

 

1 測量準(zhǔn)備

 

1.1 測量方法

 

     測量方法參考YB/T 5311—2010《重要用途碳素彈簧鋼絲》和GB/T 239—2012《金屬材料 線材第一部分：單向扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法》。

 

1.2 評定依據(jù)

 

     評定依據(jù)為CNAS—CL01:2018《檢測和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求》和JJF 1059—2019《測量不確定度評定與表示》。

 

1.3 試驗(yàn)設(shè)備

 

     試驗(yàn)設(shè)備為K2型扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)。該試驗(yàn)機(jī)已經(jīng)通過計(jì)量部門校驗(yàn)，準(zhǔn)確程度滿足《金屬線材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)校準(zhǔn)程序》的要求。

 

1.4 環(huán)境條件

 

     根據(jù)GB/T 239.1—2012的規(guī)定，試驗(yàn)一般應(yīng)在10~35℃的室溫下進(jìn)行，如有特殊要求，試驗(yàn)溫度應(yīng)為(23±5)℃。該次試驗(yàn)的溫度為26℃。

 

1.5 試驗(yàn)原理

 

     試樣在扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上繞自身軸線向一個(gè)方向均勻旋轉(zhuǎn)360°作為一次扭轉(zhuǎn)，直至達(dá)到規(guī)定次數(shù)或試樣斷裂為止。

 

1.6 測量對象

 

     測量對象為70E鋼絲，直徑為2mm。

 

1.7 測量過程

 

     在GB/T 239.1—2012所要求的環(huán)境條件下，用經(jīng)計(jì)量合格的K2型扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)對70E鋼絲試樣進(jìn)行扭轉(zhuǎn)性能試驗(yàn)。試樣標(biāo)距長度為200mm，扭轉(zhuǎn)速度為60r·min-1。

 

2 建立數(shù)學(xué)模型

 

     根據(jù)試驗(yàn)原理，金屬線材扭轉(zhuǎn)性能T的數(shù)學(xué)模型為

 

 

3 測量不確定度來源的分析

 

     根據(jù)計(jì)量結(jié)果，已知K2型扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)在200格的使用條件下，最大允許誤差為0.5格。用6次測量的平均值作為測量結(jié)果。K2型扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)測量70E鋼絲的扭轉(zhuǎn)性能時(shí)，溫度效應(yīng)、彈性效應(yīng)及其他不確定來源忽略不記。測量結(jié)果不確定度主要來源于以下兩方面：

 

     ①連續(xù)重復(fù)性的讀數(shù)測量所引入的不確定度分量；

 

     ② 讀數(shù)示值誤差所引入的不確定度分量。

 

4 測量不確定度分量

 

4.1 讀數(shù)X的不確定度u1(T)=u(X)

 

      此測量重復(fù)性引入的測量不確定度包含試驗(yàn)材料的均勻性和穩(wěn)定性對測量值的影響，采用測量不確定度評定中的A類方法進(jìn)行評定。采用貝塞爾公式計(jì)算出試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差s，并計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度，測量結(jié)果見表1。

 

表1 連續(xù)測量6次所得的扭轉(zhuǎn)格數(shù)

 

 

     測試結(jié)果的平均值計(jì)算式為

 

 

     試驗(yàn)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算式為

 

 

     根據(jù)式(2)得扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果的平均值為34.5格。依據(jù)式(3)得試驗(yàn)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差為3.6193。因此，測量X值時(shí)引入的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1(T)=u(X)=s(X)=3.6193，其對應(yīng)的自由度v為5。

 

4.2 K2型扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的讀數(shù)示值誤差的不確定度u2(T)=u(δTS)

 

     該試驗(yàn)所用的K2型扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)經(jīng)計(jì)量檢定合格，其允許示值誤差服從均勻分布，則該裝置的允許示值誤差采用B類方法評定。所以不確定度分量u2(T)為

 

 

     由計(jì)量結(jié)果可知最大允許誤差δTS=0.5格，于是得u2(T)=u(δTS)=0.289。

 

5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

 

     由于連續(xù)測量值引入的不確定度與K2型扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的讀數(shù)示值誤差引入的不確定度兩者是獨(dú)立的，所以合成標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度為

 

 

     由式(5)計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)合成不確定度uc(T)=3.6308。

 

6 擴(kuò)展不確定度U

 

     本測量共兩項(xiàng)不確定度分量，其中u2(T)對不確定度的影響很大，所以以u2(T)的矩形分布為基準(zhǔn)。當(dāng)置信概率為95%時(shí)，矩形分布的K95=1.65，所以U95=K95uc(T)=5.99格。

 

7 測量不確定度的評定結(jié)果

 

     上述不確定度的意義為該金屬線材扭轉(zhuǎn)性能的測量值落在[34.5-5.99，34.5+5.99]格內(nèi)的可能性為95%。

 

8 結(jié)束語

  

     扭轉(zhuǎn)性能測量不確定度結(jié)果表示為一個(gè)區(qū)間，被測量材料扭轉(zhuǎn)性能的可能值以95%的置信概率落于區(qū)間內(nèi)，即表征被測量的真值所處的范圍。通過評定測量不確定度可以知道檢測結(jié)果判斷的風(fēng)險(xiǎn)，對產(chǎn)品質(zhì)量的判定和試驗(yàn)結(jié)論的判斷有所幫助。

 

     70E鋼絲直徑為2mm時(shí)，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求扭轉(zhuǎn)次數(shù)不小于25次，根據(jù)不確定度的評定可知，金屬線材扭轉(zhuǎn)性能的不確定度區(qū)間為(34.5±5.99)格。若檢測值大于等于30.99次，則該產(chǎn)品一定合格；若檢測值小于等于19.01次，則該產(chǎn)品一定不合格；若檢測值為19.01~30.99格，則應(yīng)比較合格概率與不合格概率的大小來判斷是否合格。測量不確定度對試驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)界限值時(shí)的判斷尤為關(guān)鍵，需要試驗(yàn)室檢驗(yàn)人員尤其關(guān)注。