热轧带肋钢筋抗拉强度测量结果不确定度的评定

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　　【摘 要】：取公称直径20mm的热轧带肋钢筋按照GB/T228.1-2010标准重复进行10次拉伸试验，求得抗拉强度。分析其引起的不确定度分量，然后合成标准不确定度和扩展不确定度，最后获得抗拉强度的测量结果不确定度报告。
　　【关键词】：最大力 原始截面积 抗拉强度 不确定度分量 相对标准不确定度 相对合成不确定度扩展不确定度
　　1、前言
　　 《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》GB/T228.1-2010标准于2011年12月1日实施变更。新标准对金属材料拉伸试验测量结果不确定度的评定提出了新的要求。本文就该标准的要求以热轧带肋钢筋为例，进行抗拉强度结果不确定度的评定。
　　测量原理
　　2.1测量对象
　　 取公称直径为20mm牌号为HRB400符合标准GB/T1499.2-2007的热轧带肋钢筋进行试验。
　　2.2试验方法标准
　　 《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》GB/T228.1-2010
　　2.3仪器设备
　　电子拉力机
　　2.4环境条件
　　2.5测量过程
　　 取公称直径为20mm牌号为HRB400符合标准GB/T1499.2-2007的热轧带肋钢筋10个试样，进行拉伸试验。记录试样直径、原始截面积、最大力与抗拉强度。试验结果取10个试样的算术平均值。具体数据见表一、重复性试验测量结果
　　 表一、重复性试验测量结果
　　序号 试样直径
　　d（mm） 原始截面积
　　S0（mm2） 最大力
　　Fm（kN） 抗拉强度
　　Rm(MPa)
　　1 20.00 314.0 188.0 599
　　2 20.08 316.5 187.9 594
　　3 19.98 313.4 182.7 583
　　4 20.04 315.2 183.1 581
　　5 20.00 314.0 186.5 594
　　6 19.96 312.7 185.3 592
　　7 19.96 312.7 184.9 591
　　8 20.02 314.6 184.0 585
　　9 19.98 313.4 188.9 603
　　10 20.00 314.0 189.0 602
　　平均值 592
　　标准偏差si 2.3
　　相对标准偏差 0.389%
　　评定步骤
　　3.1数学模型
　　Rm=
　　其中：
　　Rm为抗拉强度，单位为MPa；
　　Fm为最大力，单位为kN；
　　S0为原始横截面积，单位为mm2。
　　3.2不确定度分量的来源及评定方法
　　抗拉强度的相对合成不确定度为：
　　Ucrel(Rm)=
　　其中：
　　Ucrel(Rm)为抗拉强度的相对合成不确定度；
　　Urel(Fm)为拉力机测量钢筋最大力引起的B类相对标准不确定度分量。它包括拉力机测力系统示值误差引起的相对标准不确定分量Urel(F1)；拉力机测力能力系统本身固有的误差因素引起的相对标准不确定度分量Urel(F2)；计算机数据采集系统带来的相对标准不确定度分量Urel(F3)。
　　Urel(S0)为原始横截面积测量引起的B类相对标准不确定度分量。
　　Urel(rep)为重复性引起的A类相对标准不确定度分量。
　　Urel(RmV)为拉力机拉伸速率影响带来的B类相对标准不确定度分量。
　　3.3各不确定度分量的评定
　　3.3.1 A类相对标准不确定度分量Urel(rep) 的评定
　　 根据表一的数据，取10次重复测量的结果求得抗拉强度的平均值。
　　 =592 MPa
　　 根据贝塞尔公式，计算出试验标准偏差s
　　
　　 s =
　　 == =7.4 MPa
　　 则平均值标准偏差为：
　　 s（）=
　　 == 2.3 MPa
　　 由此可得到标准不确定度分量：
　　 U（）=s（）= 2.3 MPa
　　 其自由度为
　　 n-1=9
　　 相对不确定度为：
　　 Urel(rep)=
　　 ==0.389%
　　3.3.2最大力引起的B类相对标准不确定度分量Urel(Fm)的评定；
　　（1）拉力机测力系统示值误差引起的相对标准不确定分量Urel(F1)的评定
　　拉力机精度等级为1级，示值误差为±1.0%，按均匀分布考虑，k=，则
　　 Urel(F1)==0.577%
　　（2）拉力机测力能力系统本身固有的误差因素引起的相对标准不确定度分量Urel(F2)的评定
　　拉力机检定证书没有给出不确定度。
　　 检定证书表示使用0.3级的标准测力仪对拉力试验机进行检定。重复性为0.3%。可以看成重复性极限。则其相对标准不确定度为：
　　 Urel(F2)==0.106%
　　（3）计算机数据采集系统带来的相对标准不确定度分量Urel(F3)的评定
　　由计算机数据采集系统所引入的B类相对标准不确定度为0.210-2；则
　　 Urel(F3)=0.2%
　　（4）最大力引起的B类相对标准不确定度分量Urel(Fm)
　　 Urel(Fm)=
　　 ==0.620%
　　3.3.3原始横截面积测量引起的B类相对标准不确定度分量Urel(S0)的评定
　　测定原始截面积时，测量每个尺寸应准确到±0.5%。
　　 S0=
　　Urel(S0)= Urel(d)==0.289%
　　3.3.4拉力机拉伸速率影响带来的B类相对标准不确定度分量Urel(RmV)的评定
　　 试验得出，在拉伸速率变化范围内抗拉强度最大相差10MPa，所以拉伸速率对抗拉强度的影响为±5MPa，按均匀分布考虑，标准不确定度为
　　 U（RmV）==2.887MPa
　　则相对标准不确定度为：
　　 Urel(RmV)===0.488%
　　3.4抗拉强度的相对合成标准不确定度（表二）
　　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（A类） 0.389%
　　Urel(Fm) 最大力（B类） 0.620%
　　Urel(S0) 试样原始横截面积（B类） 0.289%
　　Urel(RmV) 拉伸速率（B类） 0.488%
　　Ucrel(Rm)=
　　 =
　　 =0.858%
　　3.5 抗拉强度的相对扩展不确定度
　　取包含概率ρ=95%，按k=2
　　Urel(Rm)=k Ucrel(Rm)
　　 Urel(Rm)=20.858%=1.8%
　　抗拉强度结果表示：
　　 抗拉强度Rm=（592±1.8%）MPa；k=2, ρ=95%
　　参考文献
　　李圣安、施昌彦、刘风等，JJF-1059-1999《测量不确定度评定与表示》，国家技术监督局发布，1999年5月1日实施
　　GB/T228.1-2010《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家表昏花管理委员会发布。
　　
　　作者简介：
　　朱坚：从事建筑安装工程质量检测十余年。
　　耿倩：从事建筑安装工程质量检测管理十余年。
　　
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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