不確定度是在力學(xué)測試中需要考慮的諸多變量之一。不確定度源于各種因素的組合，包括可能影響試驗(yàn)結(jié)果的錯(cuò)誤。盡管許多錯(cuò)誤可能是累積的，但只要變量是可以預(yù)測的，那么試驗(yàn)測量值仍然是正確的。
沒有復(fù)雜的不確定度計(jì)算，下文從常見的力學(xué)試驗(yàn)情況出發(fā)，舉例說明了如何確認(rèn)力學(xué)測試中的不確定度。例如，假設(shè)體重秤的指示準(zhǔn)確度為±1N。如果一個(gè)人體重 100N，那么可以預(yù)測他的真實(shí)體重在99 N和101N之間。
不確定度的重點(diǎn)
重點(diǎn)是必須考慮測試鏈中的每一個(gè)環(huán)節(jié)從而得出不確定度對(duì)于最終結(jié)果的影響。
材料力學(xué)試驗(yàn)機(jī)
測力儀：測力儀是測量過程的核心。在力學(xué)測試中，用戶必須了解測力儀的參數(shù)，這一點(diǎn)很重要。這些參數(shù)可以分為兩類：一類是帶有±公差的測量不確定度，另一類是測量的確定度，即測量值超過一定范圍的條件，例如工作溫度、最小/最大力值范圍等。
工裝、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)接頭和夾具：選擇特定的轉(zhuǎn)接器來實(shí)現(xiàn)固定、夾緊、推拉試樣等動(dòng)作是不確定度變量方程中需要考慮的因素。夾緊面選擇不當(dāng)可能會(huì)扯裂或撕裂試樣，而使用不合適的對(duì)準(zhǔn)技術(shù)則會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成負(fù)面影響。
人為因素：一個(gè)簡單的原因，人類不可能與機(jī)器一樣能夠一直保持準(zhǔn)確和穩(wěn)定，因此用戶需要確保擁有可靠的程序、流程和工具，以盡量減少偏差。當(dāng)試驗(yàn)人員狀態(tài)好的時(shí)候，試驗(yàn)結(jié)果可能不錯(cuò)，而當(dāng)他們狀態(tài)不好的時(shí)候，試驗(yàn)結(jié)果可能會(huì)很糟糕，所以有必要對(duì)此實(shí)施控制，以免由于操作員狀態(tài)的好壞而影響試驗(yàn)結(jié)果。
環(huán)境：振動(dòng)、溫度、濕度和靜電也可能影響試驗(yàn)結(jié)果。
試樣制備：如果試樣大小不一，那么試驗(yàn)結(jié)果就會(huì)存在不確定性。
啞鈴制樣機(jī)
測力儀
在進(jìn)行力學(xué)測試的時(shí)候，必須確保試驗(yàn)不超過特定測試儀的設(shè)定參數(shù)和能力范圍。測試儀規(guī)格的第1部分提供了以下信息，供預(yù)測不確定度之用：
任何帶有(±)公差的參數(shù)都表示測量值存在不確定度。如果試樣在1000N時(shí)斷裂，并且不確定度是±10N，那么用戶應(yīng)假設(shè)測量的力值在990和1010N之間。
測試儀規(guī)格第2部分需要考慮的是通過/失敗或繼續(xù)/停止的狀態(tài)。例如，如果測試儀的建議工作溫度在華氏41和95度之間，而測試儀剛好在這個(gè)指定溫度范圍以外工作，那么這并不是一個(gè)不確定度的問題，而是明顯的無效結(jié)果，是不合格或停止?fàn)顩r。
工裝、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)接頭和夾具
工裝、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)接頭和夾具的錯(cuò)位和間隙是力學(xué)測試中的兩個(gè)最大敵人。錯(cuò)位，有時(shí)稱為“側(cè)向加載”或“偏移/偏心加載"，會(huì)影響載荷傳遞的準(zhǔn)確度。載荷傳遞的角度或不垂直度越大，誤差度也會(huì)越大。
工裝、轉(zhuǎn)接頭和夾具展示
最終目標(biāo)是讓上、下轉(zhuǎn)接頭相互對(duì)中，從而使載荷傳遞保持在一條直線上。少量偏移不一定會(huì)影響試驗(yàn)的準(zhǔn)確度，但用戶應(yīng)始終向測力儀制造商確認(rèn)設(shè)備的偏移加載誤差。
夾具是產(chǎn)生試驗(yàn)不確定度的另一個(gè)因素。夾具選擇不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。如果夾具對(duì)試樣而言夾力過大，可能會(huì)導(dǎo)致試樣夾緊面邊緣過早破裂，如果夾力過小，則可能導(dǎo)致試樣在夾具內(nèi)打滑。夾緊面的粗糙度不當(dāng)也可能導(dǎo)致打滑。
測試多種多樣的材料時(shí)，建議用戶對(duì)不同的潛在試驗(yàn)場合進(jìn)行驗(yàn)證，以找到最適合材料的試驗(yàn)場合，當(dāng)然，同時(shí)盡可能減少更換夾緊面的次數(shù)。如果試樣始終無法正確對(duì)準(zhǔn)，則使用萬向接頭或壓力球可能是最好的選擇。
人為因素
操作員也是不確定度鏈的一個(gè)重要組成部分。這就是人為因素。盡量減少由于操作員表現(xiàn)導(dǎo)致的不確定度的最佳控制方法是，為操作員提供一套他們不得更改的參數(shù)。軟件保護(hù)可通過設(shè)置密碼防止操作員訪問重要的機(jī)器設(shè)置和試驗(yàn)數(shù)據(jù)。硬件保護(hù)包括提供可確保使所有試驗(yàn)一致的夾具。
當(dāng)試樣在夾具內(nèi)的位置松動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生不確定度。其中一個(gè)解決方案是以帶有對(duì)中標(biāo)記的氣動(dòng)夾具替代機(jī)械夾具，以確保試樣定位的一致。相對(duì)于機(jī)械夾具，氣動(dòng)夾具也能更好地控制夾緊壓力。
環(huán)境
環(huán)境也在不確定度鏈中扮演了一個(gè)關(guān)鍵的角色。通過使用橡膠緩沖（振動(dòng)）、環(huán)境控制（溫度/濕度）以及正確的接地方式（靜電放電或 ESD），可以對(duì)諸多環(huán)境因素實(shí)施控制。
試樣制備
試樣的制備必須一致，這一點(diǎn)至關(guān)重要。切割、加工、手工制備等都是不確定度鏈需要考慮的因素。試樣制備不良會(huì)導(dǎo)致不可預(yù)知的試驗(yàn)結(jié)果。模具和模板是其中一些可確保試樣一致性、盡量減少試樣間差異的工具。但如果試樣制備不當(dāng)，那么力學(xué)測量將會(huì)偏差，導(dǎo)致更大的不確定度。
結(jié)論
只要能夠提前確定各種試驗(yàn)因素，就能正確預(yù)測力學(xué)測試的不確定度因素，同時(shí)做出正確的規(guī)劃。然而，組成不確定度鏈的各個(gè)元素都需要檢查，包括測力儀、工裝、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)接頭和夾具；人為因素、環(huán)境和試樣制備。希望這份簡單的指南能夠幫助測力儀用戶獲得更可靠、更可預(yù)測的試驗(yàn)結(jié)果。
技術(shù)提示
測力儀是測量過程的核心。在力學(xué)測量期間，用戶必須了解測力儀的參數(shù)，這一點(diǎn)很重要。
在不確定度變量方程中需要考慮選擇特定的轉(zhuǎn)接頭來實(shí)現(xiàn)固定、夾緊、推拉試樣等動(dòng)作。確保您具有可靠的程序、流程和工具，以盡量減少偏差。
來源：天氏庫力 發(fā)布日期
2019-09-28 瀏覽：