引伸计误差对RP0.2测量结果的影响

　　GB/T 228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》附录J“误差累计方法估计拉伸试验的测量不确定度”中假设应变误差对拉伸性能RP的影响为1%,但是标准未给出假设的依据。该标准中规定测量RP所采用的引伸计为1级引伸计。GB/T12160-2002《单轴试验用引伸计的标定》对1级引伸计的规定见表1。

        目前试验中已经普遍采用电子式引伸计，分辨力不再是产生误差的主要原因，因此引伸计标距相对误差和系统误差会对非比例抗拉强度Rp0.2产生影响，对此进行研究很有必要。

　　1　引伸计误差对RP0.2测量结果的影响分析

　　1.1　引伸计标距相对误差的影响

　　以引伸计标距Le=25mm为分析对象。按照GB/T12160-2002的规定,讨论引伸计实际标距L=(1+1%)Le的情况,即最大正误差时的情况。根据应变定义:ε=ΔL/L,在本例中,实测伸长ΔL=(1+1%)ΔLe,故测量应变ε=ΔL/Le=(1+1%)ΔLe/Le,即Le的1%误差导致ε的1%误差。弹性模量E=R/ε,R为实测值,在X 1时有近似公式1/(1+x)≈1-x,由此推出ε的1%正误差,造成弹性模量E的1%负误差。这个结果说明,引伸计标距为正误差时,拉伸曲线在应变方向上放大,弹性模量减小。实测曲线和误差模拟曲线对比见图1。

　　在计算RP0.2时,作拉伸曲线直线段横坐标右移0.2%的平行线,其与拉伸曲线交点对应的纵坐标即为RP0.2。因此RP0.2的误差即为图1中的△R,这两个平行四边形的底边等于0.2%。假设平行四边形的对角线的斜率为k,则ΔR=0.2%/(E/k-1),由于k小于E,同时Δk也小于ΔE,ΔR的误差近似等于0.2%(kΔE-EΔk)/(E-k)2,这个误差既依赖于E和k的大小,又依赖于ΔE和Δk的大小,反映了材料本身的特性。其中E-k反映了拉伸曲线偏离直线段后斜率变化的快慢。

　　1.2　系统误差的影响

　　测量RP0.2时,引伸计的示值很小,一般在300μm以下,按照GB/T12160-2002的规定,在这一测量区间,1%的相对误差小于3μm,取其较大者3μm进行分析。对于25mm标距引伸计,应变误差为3μm/25mm=0.012%。引伸计系统误差对RP0.2的影响表示在图1的曲线上时,就是平行线的偏移量不再是0.2%,而是0. 2%±0. 012%。此时ΔR的误差为0.012%/(E/k-1)。这个误差虽然只依赖于E和k的差值,但是也反映了材料本身的特性。

　　2　引伸计误差的试验分析

　　试验测试系统为美国MTS公司SINTECH 20/G电子式材料试验机,试验分析以实测曲线为基准,在数据复算中人为改变引伸计的原始标距和非比例延伸量、模拟引伸计标距和系统的误差,得到极限情况下的试验结果,从而分析上述两种因素对RP0.2的影响。表2为几种材料RP0.2的模拟误差数据。