钢材力学性能检测各参数的不确定度.docx钢材力学性能检测各参数的不确定度.docx

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钢材力学性能检测参数的不确定度分析与评定(成都明晟建设工程质量检测有限公司梁章立)一、概述本公司仅对常规建筑用钢筋(HRB335、HRB400、HPB235、HPB300、CRB550)进行力学性能检测,检测的参数有屈服强度、抗拉强度、伸长率、最大力总伸长率、强屈比、屈标比、重量偏差、冷弯性能。其中需要进行测量的值有屈服强度、抗拉强度、伸长率、重量偏差、最大力总伸长率、强屈比、屈标比等7个参数。二、计算、测量及分析的引用依据GB/T22812010金属材料室温拉伸试验方法JJF10591999测量不确定度评定与表示GB/T1682512008静力单轴试验机的检验GB/T220662008静力单轴试验机用计算机数据采集系统的评定抗拉强度不确定度的评定一、不确定度影响因素来源分析1、试样的力学性能稳定性,试样来自于验收批钢筋,取自不同位置,其力学性能等待测量并非恒定不变,具有波动性,此影响因素用A类评定结果包涵;2、设备的影响,包括设备检定所用的测力计带来的不确定度影响、检定不确定度、数据采集系统带来的不确定度,合成为设备带来的不确定度;3、夹持部位滑动产生的数据不确定度影响;4、检测过程中拉伸速率带来的不确定度影响;5、温度、湿度所带来的不确定度影响;6、面积测量的不确定度,因钢筋拉伸试验采用试样的公称面积,为一常数,此影响不考虑;7、数值修约带来的影响。二、数学模型𝑅𝑚𝑓1𝑓2𝐹𝑚𝐹𝑗𝐹𝑏𝑆0𝑅𝑚𝑉𝑅𝑥式中𝑅𝑚抗拉强度𝐹𝑗夹持部位滑动产生的拉力影响,该值计算时取值为0,不确定度为𝑢𝑟𝑒𝑙𝑗𝐹𝑏试件力学性能波动影响及各种重复性测量的影响,该值计算时取值为0,不确定度为𝑢𝑟𝑒𝑙𝑟𝑒𝑝𝐹𝑚最大力,不确定度为𝑢𝑟𝑒𝑙𝐹𝑚𝑅𝑚𝑉拉伸速率对强度的影响,该值计算时取值为0,不确定度为𝑢𝑟𝑒𝑙𝑅𝑚𝑉𝑅𝑥数值修约对强度的影响,该值计算时取值为0,不确定度为𝑢𝑟𝑒𝑙𝑅𝑥𝑅𝑚抗拉强度,不确定度为𝑢𝑐𝑟𝑒𝑙𝑅𝑚𝑓1温度对抗拉强度的影响,该值计算时取值为1,不确定度为𝑢𝑟𝑒𝑙𝑓1𝑓2湿度对抗拉强度的影响,该值计算时取值为1,不确定度为𝑢𝑟𝑒𝑙𝑓2𝑆0钢筋公称面积,不确定度为𝑢𝑟𝑒𝑙𝑆0,因𝑆0为常数,因此𝑢𝑟𝑒𝑙𝑆00简化可为𝑅𝑚𝐹𝑚𝑆0其中𝐹𝑚𝐹𝑦𝐹1𝐹2𝐹3𝐹𝑚最大力,不确定度为𝑢𝑟𝑒𝑙𝐹𝑚𝐹𝑦样品固有的最大力,该值无偏差,为固定值,不确定度为𝑢𝑟𝑒𝑙𝐹𝑦0𝐹1万能试验机示值允许偏差影响值,其值可视为0,不确定度为𝑢𝑟𝑒𝑙𝐹1𝐹2检定用测力计的修正值,其值可视为0,不确定度为𝑢𝑟𝑒𝑙𝐹2𝐹3数据采集系统的修正值,其值可视为0,不确定度为𝑢𝑟𝑒𝑙𝐹3三、抗拉强度不确定度的公式推导以上各影响因素视为相互之间无关联,可推导得抗拉强度的不确定度公式为𝑢𝑐𝑟𝑒𝑙𝑅𝑚√𝑢𝑟𝑒𝑙2𝑓1𝑢𝑟𝑒𝑙2𝑓2𝑢𝑟𝑒𝑙2𝐹𝑚𝑢𝑟𝑒𝑙2𝐹𝑗𝑢𝑟𝑒𝑙2𝑟𝑒𝑝𝑢𝑟𝑒𝑙2𝑆0𝑢𝑟𝑒𝑙2𝑅𝑚𝑉𝑢𝑟𝑒𝑙2𝑅𝑥其中𝑢𝑟𝑒𝑙𝐹𝑚√U𝑟𝑒𝑙2𝐹1U𝑟𝑒𝑙2𝐹2U𝑟𝑒𝑙2𝐹3由于目前为止未有任何科研单位作出温度、湿度对钢筋抗拉强度影响的相关研究,且公司力学试验室在标准规定的温度、湿度范围内,故取U𝑟𝑒𝑙𝑓1≈0U𝑟𝑒𝑙𝑓2≈0U𝑟𝑒𝑙𝑆00因夹具滑移可以采用给夹具上油等方法降低其影响,故U𝑟𝑒𝑙𝐹𝑗≈0因此𝑢𝑐𝑟𝑒𝑙𝑅𝑚√𝑢𝑟𝑒𝑙2𝐹𝑚𝑢𝑟𝑒𝑙2𝑟𝑒𝑝𝑢𝑟𝑒𝑙2𝑅𝑥𝑢𝑟𝑒𝑙2𝑅𝑚𝑉四、A类相对标准不确定度分项评定取10个试样进行抗拉强度的测量,另取2个作为评定试样。10个试样测量后计算平均值、标准差(标准偏差,4位有效数字),然后计算相对标准偏差S(俗称变异系数,百分比、4位有效数字)A类相对不确定度分项百分数、保留4位有效数字𝑢𝑟𝑒𝑙𝑟𝑒𝑝𝑠√1𝑠因单根钢筋测量结果为1个,因此K√1五、最大力的B类标准不确定度分项评定1、万能试验机的示值误差带来的相对标准不确定度𝑢𝑟𝑒𝑙𝐹11√305771为1级万能试验机的允差为10,按均匀分布考虑,K√32、标准测力计引入的相对不确定度的评定𝑢𝑟𝑒𝑙𝐹2𝑅2830106一般采用03级标准测力计进行检定,重复性R03,视为重复性极限,K2833、计算机数据采集系统带来的相对标准不确定度评定𝑢𝑟𝑒𝑙𝐹302根据引用依据中的相关规定,得以上数值4、最大力的相对标准不确定度分项(设备固有的影响)𝑢𝑟𝑒𝑙𝐹𝑚√𝑢𝑟𝑒𝑙2𝐹1𝑢𝑟𝑒𝑙2𝐹2𝑢𝑟𝑒𝑙2𝐹35、拉伸速率影响带来的不确定度评定根据相关资料并结合公司实际测量情况,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U𝑟𝑒𝑙𝑅𝑚𝑉5√32887(MPA)6、数值修约带来的不确定度评定强度修约间隔为5MPA,按均匀分布考虑,修约带来的标准不确定度分项为𝑢𝑟𝑒𝑙𝑅𝑥52√31444(MPA)六、制作抗拉强度的相对合成不确定度表,合成抗拉强度的不确定度七、抗拉强度的相对扩展不确定度取包含概率𝑝95,按K2𝑈𝑟𝑒𝑙𝑅𝑚𝑘∙𝑢𝑐𝑟𝑒𝑙𝑅𝑚2∙𝑢𝑐𝑟𝑒𝑙𝑅𝑚屈服强度不确定度的评定计算程序同抗拉强度不确定度的评定断后伸长率不确定度的评定一、不确定度影响因素的来源1、游标卡尺的不确定度;2、原始标距的不确定度;3、断后标距的不确定度;4、温度对量测长度的影响所产生的不确定度;5、湿度对量测长度的影响所产生的不确定度;6、量测方法所产生的影响;7、修约带来的影响二、数学模型𝐴𝛥𝐿𝐿0其中𝛥𝐿𝐿𝑢−𝐿0视为一个与𝐿0不相关的测量值𝑢𝑐𝑟𝑒𝑙𝐴√𝑢𝑟𝑒𝑙2𝛥𝐿𝑢𝑟𝑒𝑙2𝑟𝑒𝑝𝑢𝑟𝑒𝑙2𝑜𝑓𝑓𝑢𝑟𝑒𝑙2𝐿0最大力总延伸率不确定度的评定一、不确定度影响因素的来源1、游标卡尺的不确定度;2、原始标距的不确定度;3、断后标距的不确定度;4、温度对量测长度的影响所产生的不确定度;5、湿度对量测长度的影响所产生的不确定度;6、量测方法所产生的影响;7、修约带来的影响;8、抗拉强度的不确定度二、数学模型𝐴𝑔𝑡𝛥𝐿𝐿−𝑅𝑚0𝐸100𝐸弹性模量,常数,其值为2105MPA𝑢𝑐𝑟𝑒𝑙𝐴𝑔𝑡√𝑢𝑟𝑒𝑙2𝛥𝐿𝑢𝑟𝑒𝑙2𝑟𝑒𝑝𝑢𝑟𝑒𝑙2𝑜𝑓𝑓𝑢𝑟𝑒𝑙2𝑅𝑚0𝑢𝑟𝑒𝑙2𝐿强屈比不确定度的评定一、不确定度影响因素的来源来自于抗拉强度、屈服强度的不确定度二、数学模型𝑎𝑅𝑚0𝑅𝑒𝐿0𝑢𝑐𝑟𝑒𝑙𝑎√𝑢𝑟𝑒𝑙2𝑅𝑚0𝑢𝑟𝑒𝑙2𝑅𝑒𝐿0屈标比不确定度的评定一、不确定度影响因素的来源来自于屈服强度的不确定度二、数学模型𝑏𝑅𝑒𝐿0𝑅𝑒𝐿𝑢𝑐𝑟𝑒𝑙𝑏√𝑢𝑟𝑒𝑙2𝑅𝑒𝐿0重量偏差不确定度的评定一、不确定度影响因素的来源1、钢尺的不确定度;2、天平的不确定度;3、量测方法的不确定度;4、温度对量测长度的影响所产生的不确定度;5、湿度对量测长度的影响所产生的不确定度;6、长度量测时带来的累积不确定度;7、修约带来的影响二、数学模型𝑔𝐿1𝐿2𝐿3𝐿4𝐿5𝑚𝑢𝑐𝑟𝑒𝑙𝑔√𝑢𝑟𝑒𝑙2𝐿1𝑢𝑟𝑒𝑙2𝐿2𝑢𝑟𝑒𝑙2𝐿3𝑢𝑟𝑒𝑙2𝐿4𝑢𝑟𝑒𝑙2𝐿5𝑢𝑟𝑒𝑙2𝑚钢筋力学性能及重量偏差测量结果的不确定度评定记录2011年10月13日一、概述测量依据GB149922007钢筋混凝土用钢热轧带肋钢筋、GB/T22812010金属材料室温拉伸试验方法、JJF10591999测量不确定度评定与表示测量设备WE300A数显式万能材料试验机、002MM游标卡尺、15KG电子称测量环境温度22℃,相对湿度40测量对象某工程某检验批钢材,HRB335E14MM,不确定度来源如前所述数学模型如前所述测量结果说明根据标准要求,取5根作重量偏差试验、4根作力学性能试验,测量结果如下测量值第1根第2根下屈服强度𝑅𝑚MPA465470抗拉强度𝑅𝑒𝐿MPA570575断后伸长率A)265265最大力总延伸率𝐴𝑔𝑡()125120平均重量偏差G()77强屈比A123122屈标比B141140二、A类评定记录(取10个试件测量)重复性试验测量结果序号抗拉强度𝑅𝑚MPA下屈服强度𝑅𝑒𝐿MPA断后伸长率A最大力总延伸率𝐴𝑔𝑡强屈比A屈标比B重量偏差G1157180469142500110612191400661257180465892714135512271391611356985466542679127312211393711457115462642679104912351381641556920460042750127312371373561657245464592607113412321387621757440469792679140812231402581857115465242679130112281389611957115460042821116212421373691105737546589285714871232139168平均值571674649826961255123139636标准偏差𝑠𝑖1586331610141405000700100492相对标准偏差02770713375911195059107137742二、抗拉强度的不确定度𝑢𝑟𝑒𝑙𝐹𝑚√𝑢𝑟𝑒𝑙2𝐹1𝑢𝑟𝑒𝑙2𝐹2𝑢𝑟𝑒𝑙2𝐹3𝑢𝑟𝑒𝑙𝐹𝑚√05772010620220620𝑢𝑐𝑟𝑒𝑙𝑅𝑚√𝑢𝑟𝑒𝑙2𝐹𝑚𝑢𝑟𝑒𝑙2𝑟𝑒𝑝𝑢𝑟𝑒𝑙2𝑅𝑥𝑢𝑟𝑒𝑙2𝑅𝑚𝑉𝑢𝑟𝑒𝑙𝑅𝑥1444571670253𝑢𝑟𝑒𝑙𝑅𝑚𝑉2887571670505𝑢𝑐𝑟𝑒𝑙𝑅𝑚√062020277202532050520883换算成合成标准不确定度为𝑢𝑐𝑟𝑒𝑙𝑅𝑚088357167505MPA取包含概率P95,按K2𝑈𝑟𝑒𝑙𝑅𝑚𝑘𝑢𝑐𝑟𝑒𝑙𝑅𝑚2480101MPA表示为𝑅𝑚570MPA,𝑈𝑟𝑒𝑙𝑅𝑚101MPA,𝑘2
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