針織物頂破強力測試的不確定度分析

    測量不確定度與(yu) 傳(chuan) 統的誤差分析理論相比更具操作性，但目前在紡織測試領域，不確定度的評估還不普及。因此，本文運用不確定度理論對實驗室研製改造的“針織物彈子頂破強力儀(yi) ”測試係統及實驗結果進行不確定度的評估具有現實意義(yi) 。

本實驗采用研製改造的彈子頂破強力儀(yi) 進行實驗。測試係統包括頂壓球杆、框架式固定夾具座、試樣固定夾具等。並且使用XJ818電子材料試驗機(CRE)，其能有效地保證試驗數據的正確性和可靠性，量程為(wei) (0～5)kN。按照GB/T19976-2005《針織物頂破強力的測試》要求設定拉伸速度為(wei) 300mm/min，采用ASTM D5034規定的實驗參數:鋼球外弧頂點與(yu) 織物平麵距離為(wei) 75mm。

一、數學模型

根據本實驗特點，建立如下不確定度分析的數學模型:

式中:Y——已修正的頂破強力測量值；——重複測量算術平均值；——修正值。

二、不確定度的主要來源

本測量方法主要包括手工製樣、確定頂壓起始距離、夾樣及拉伸等幾個(ge) 過程。測試程序如圖1所示。

<CTSM>圖1針織物頂破強力實驗流程圖</CTSM>

依據商品的特征及檢驗方法、實際操作情況，不確定度的主要來源有:取樣的隨機性、檢測過程操作的差異等分量引起的不確定度；材料試驗機的準確度、儀(yi) 器跟蹤應力的靈敏度和模量轉換(包括數字修約)的準確性導致自動顯示終端的示值誤差。

1.隨機效應導致的不確定度

(1)試樣的代表性

以下因素的分散性均構成試樣間強力測試結果的差異:

①紗線的細度、均勻度、撚度。

②織物的密度、成分、組織結構。

(2)偏離方法要求的因素導致的不確定度

①夾持狀態不理想

按GB/T19976-2005的要求，鋼球中心應位於(yu) 織物夾具圓孔中心正上方，但在實際操作時難以控製到理想狀態，由此導致了測量不確定度分量。

②調濕偏差

某些織物(如麻織物、粘膠織物)的強力與(yu) 濕度密切相關(guan) ，由於(yu) 調濕時間或濕度的波動將導致強力值的波動。

③強力機拉伸速度均勻性

拉伸速度不均勻將導致強力儀(yi) 模量轉換失真。

本實驗在恒溫恒濕室內(nei) 由同一人員操作完成。這兩(liang) 個(ge) 因素影響較小，帶來的不確定度可以忽略不計。

因為(wei) 樣品夾持在固定的金屬夾具內(nei) ，有效受力麵積基本保持不變，所以這個(ge) 不確定度也可以忽略不計。

2.儀(yi) 器示值的準確性導致的不確定度

主要是由於(yu) 儀(yi) 器跟蹤應力的靈敏度和模量轉換(包括數字修約)的準確性導致自動顯示終端的示值誤差。

三、不確定度的評定

1.A類不確定度u_A(X)的評估分析

因取樣的隨機性、檢測過程操作的差異等引起的不確定度采用A類方法進行評估。

以4組樣品在標準條件下各測10個(ge) 試樣的結果為(wei) 基本實驗數據，評定其實驗標準差。樣品是純棉26S緯平針布，如表1所示。

<CTSM>表1針織物頂破強力測試結果單位:N</CTSM>

根據表1，通過下式計算總算術平均值:

，這裏m=4，n=10

所以，合並樣本標準差為(wei) :

m組樣品n次測量平均值的測量結果標準不確定度為(wei) :

2.B類不確定度u_B(X)的評估分析

(1)修約誤差

本實驗中由數字修約導致的不確定度、測量儀(yi) 器的示值量化導致的不確定度都屬於(yu) 均勻分布。GB/T19976-2005的結果修約按如下規則進行:強力的平均值修約到整數位δx，即1N。所以平均值為(wei) 334N時，計算平均值修約導致的不確定度為(wei) :

(2)示值相對誤差

儀(yi) 器示值的準確性導致的不確定度主要是由於(yu) 儀(yi) 器跟蹤應力的靈敏度和模量轉換(包括數字修約)的準確性導致自動顯示終端的示值誤差。根據強力機技術資料標明:強力的示值相對誤差為(wei) 0.5%，而。按均勻分布處理，強力機大示值誤差導致的示值標準不確定度為(wei) :

(3)示值重複性

根據校準證書(shu) 可知，示值重複性為(wei) 1%，並指出其置信概率為(wei) 95%，按正態分布處理，其示值重複性標準不確定度為(wei) :

(4)載荷進回程相對誤差

根據強力機校準證書(shu) 可知，載荷進回程相對誤差為(wei) 1.5%，並指出其置信概率為(wei) 95%，按正態分布處理，其標準不確定度為(wei) :

(5)橫梁速度變動導致的不確定度

由實驗可以得到橫梁移動速度的變化會(hui) 引起織物頂破強力的變動。橫梁負載速度的相對誤差為(wei) 1%，按均勻分布處理，得到橫梁移動速度大誤差導致的橫梁移動速度標準不確定度為(wei) :

平均頂破強力為(wei) 334.15N，所以平均機器功率為(wei) :

式中:P——強力機實際功率，W；F——強力，N；V——橫梁速度，mm/min。

把上式變形後可得到下式:

所以

因為(wei) u(P)=0，所以

3.不確定度匯總

輸入量的不確定度匯總表如表2所示。

<CTSM>表2不確定度匯總表</CTSM>

五、輸入量的合成不確定度

因為(wei) 各分量無相關(guan) 性，所以

六、擴展不確定度

包含因子k=2，則平均頂破強力的擴展不確定度

U_y=ku_c(Y)=2×4.22≈8.5N

七、不確定度的報告

本實驗情況下，針織物頂破強力平均值Y=334N，擴展不確定度U_y=8.5N，k=2。

八、結論

1.作為(wei) 一個(ge) 新研製改造的針織物頂破強力測試係統，進行該係統的測量不確定度評定具有重要的研究價(jia) 值和現實意義(yi) ，同時也擴大了紡織測試領域的不確定度評估範圍。

2.不確定度的主要來源是取樣隨機性、強力機的示值準確度等，所以為(wei) 保證測試結果的正確，必須確保儀(yi) 器量值溯源的準確，按計劃進行期間核查。