Научно-технологический парк

Витебского государственного технологического университета

Оценка неопределенности результата измерения при испытании полимерных материалов на многократный изгиб

Рейтинг:   / 0
ПлохоОтлично 

ОЦЕНКА НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ РЕЗУЛЬТАТА ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ИСПЫТАНИИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА МНОГОКРАТНЫЙ ИЗГИБ

Студ. Ржаная Е. С., Матвеев А.К., к.т.н., доц. Петюль И.А., ст. преп. Матвеев К. С.

Витебский государственный технологический университет

В Республике Беларусь в базе действующих технических нормативных правовых актов имеется один документ, содержащий методику проведения испытания на многократный изгиб ГОСТ 422-75 «Резина для низа обуви. Методы испытаний на многократный изгиб». Основным недостатком этого документа является область его распространения, так как современная обувь практически не выпускается с резиновыми подошвами, а указанное испытательное оборудование не выпускается предприятиями машиностроительной и приборостроительной отрасли стран СНГ и является морально устаревшим. В международной практике, замена резины на новые композиционные полимерные материалы, используемые для изготовления обуви, сопровождалась корректировкой нормативной документации.

У отечественных изготовителей обуви есть необходимость в проведении испытаний подошв и подошвенных материалов на многократный изгиб, о чем свидетельствует наличие заявок на проведение данного вида испытаний, поступающих в отраслевые лаборатории. Но, несмотря на большое количество научных публикаций, посвященных разработке методик испытаний по данному показателю, экспресс-методов, опытных установок для испытания, в Национальном реестре методик выполнения измерений Республики Беларусь не имеется ни одной зарегистрированной методики, которая могла бы применяться в аккредитованной лаборатории. Основной причиной этого обстоятельства является незавершенность научных исследований в части оценки точности разрабатываемых методик, их верификации и валидации, что является обязательным условием для использования методик в аккредитованной лаборатории.

Необходимость соответствия новым требованиям и процедурам технического регулирования в рамках Таможенного союза в последние годы способствует развитию в Республике Беларусь законодательной и прикладной метрологии, в том числе таких аспектов деятельности испытательных лабораторий, как валидация и верификация методик выполнения измерений (МВИ). Существует ряд требований в отношении валидации и верификации МВИ. Эти требования изложены как в основополагающем стандарте, устанавливающем требования к аккредитации испытательных и калибровочных лабораторий СТБ ИСО/МЭК 17025:2005, так и в ГОСТ 8.010-99 «Государственная система обеспечения единства измерений. Методики выполнения измерений. Основные положения», устанавливающем требования к структуре, построению и содержанию МВИ. Одним из критериев валидации МВИ является оценка неопределенности.

Для оценки неопределенности результата измерения внедряемой методики испытания устойчивости полимерных материалов к многократному изгибу был использован модельный подход, описанный в Руководстве по выражению неопределенности измерений. В соответствии с Руководством алгоритм оценивания неопределенности можно представить в следующей последовательности:

1) описание измерения и составление его модели;

2) анализ входных величин и их неопределенностей;

3) анализ корреляций;

4) расчет суммарной стандартной неопределенности;

5) составление бюджета неопределенности;

6) расчет значения выходной величины;

7) расчет расширенной неопределенности;

8) представление конечного результата измерения.

Методика выполнения измерений предусматривает проведение испытаний по двум методам. Метод А предназначен для определения сопротивления образованию и разрастанию трещин при изгибе подошвы без предварительного прокола, а метод Б с предварительным проколом. Для проведения испытаний применяют устройство для определения прочности при многократном изгибе с опорами, одна из которых в процессе испытания остается неподвижной, а другая совершает возвратно-поступательное движение с частотой 125-150 циклов/мин. Образцы для испытания с одной стороны изгибают под углом 90° на оправке радиусом 15 мм. Схема устройства представлена на рисунке 1.

   

art14-021

Рисунок 1

    

Образцы закрепляют между зажимами и проводят испытание. При испытании машину периодически выключают и осматривают образцы в месте изгиба. Испытание образцов заканчивают при разрастании трещин до 2 мм, регистрируют число изгибов образца. Если после проведения 30000 циклов процесса изгиба трещины на образце не образовалось, то испытание прекращают.

Для проведения испытаний по методу Б на образцах или подошвенных материалах делается предварительный прокол копьем. Образцы закрепляют в зажимах испытательного устройства и проводят 30000 циклов изгиба. Затем измеряют конечную длину пореза на поверхности образца. Сопротивление материала для низа обуви разрастанию трещины, образованной при проколе образца, при многократном изгибе определяют длиной разрастания пореза после выполнения 30000 циклов изгиба образца.

В соответствии с алгоритмом оценки неопределенности результата испытаний на следующем этапе необходимо составление математической модели измеряемой величины, для чего проводится анализ входных величин и их неопределенности. Анализ входных величин представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Входные величины

Наименование величины

Обозначение

Единица измерения

Описание

 Поправка, обусловленная отклонением частоты изгибающего воздействия  $ \Delta \partial$  цикл/мин  Данную поправку необходимо учитывать, так как одна из опор на испытательном устройстве в процессе испытания остается неподвижной, а другая совершает возвратно-поступательное движение с частотой 125-150 циклов/мин.
 Корректирующая поправка на допускаемое отклонение угла изгиба при проведении испытания  $ \varphi$°  градус  В методике указано, что образец для испытания с одной стороны должен изгибаться под углом $90 \pm 2$° на оправке радиусом $15 \pm 1$ мм.
 Поправка на неточность показаний измерительной лупы  $ \mu$  мм  Погрешность измерительной лупы необходимо учитывать, т.к. она может повлиять на результат измерения.
Поправка на вариационный разброс значений между конечной длиной трещины в разных точечных пробах $ \Delta L $ мм Данный вид погрешности возникает, если результат измерений находится между делениями шкалы в этом случае отсчитывание осуществляется либо с округлением до ближайшего деления шкалы, либо с интерполированием доли деления на глаз.
Поправка на округление измеренного значения длины трещины, привносимая оператором $ \mu_0  $ мм Данную поправку необходимо учитывать, т.к. возможно возникновение погрешности отсчитывания из-за параллакса при неправильном направлении взгляда оператора.

    

Таким образом, математическая модель измеряемой величины будет иметь вид:

$$L = \Delta \partial + \varphi + \mu + \Delta L + \mu_0. $$

В качестве неопределенности результата измерений обычно оценивают расширенную неопределенность, а для промежуточных величин, на основе которых получают результат измерений, вычисляют стандартные неопределенности. Таким образом, на следующем этапе была рассчитана стандартная и относительная неопределенности для каждой входной величины.

Вычисление суммарной стандартной неопределенности:

$$u(L) = \sqrt {\sum^n_{i=1} (\frac{u(X_i)}{X_i}c_i)^2} ,$$

где $u (X_i)/X_i$ - это относительные стандартные неопределенности входных величин, выраженные в виде относительных стандартных отклонений с учетом закона распределения величины.

Применительно к рассматриваемой методике суммарная стандартная неопределенность может быть вычислена по следующей формуле:

$$ \frac {u(L)}{L} = \sqrt {(\frac {u(\Delta \partial)}{\Delta \partial})^2 + (\frac {u(\varphi)}{\varphi})^2 + (\frac {u(\mu)}{\mu})^2 + (\frac {u(\Delta L)}{L})^2 + (\frac {u(\mu_0)}{\mu_0})^2 } .$$

Расширенная неопределенность равна произведению стандартной неопределенности $u (L)$ результата измерений на коэффициент охвата $k$:

$$ U(L) = u(L) \cdot k.$$

Руководство по неопределенности рекомендует рассматривать все результаты измерений при доверительной вероятности $P=0,95$. При этом коэффициент охвата $k$ определяется при вероятности $P=0,95$ по формуле:

 $$k = t_{p=0,95}(v_{eff}),$$

используя таблицы распределения Стьюдента.

Таким образом, оценка неопределенности результата измерений является одним из этапов для предоставления МВИ на аттестацию и ее дальнейшею регистрацию в Национальном реестре методик выполнения измерений Республики Беларусь.


УДК 685.34.036

Опубликовано в сборнике:

Материалы докладов 47 Международной научно-технической конференции преподавателей и студентов / УО «ВГТУ». - Витебск, 2014. - 540 с. С. 358-361.

Файлы:
Оценка неопределенности результата измерения при испытании полимерных материалов на многократный изгиб

Студ. Ржаная Е. С., Матвеев А.К., к.т.н., доц. Петюль И.А., ст. преп. Матвеев К. С.

Дата 2014-10-20 Размер файла 1.1 MB Закачек 508

Вход на сайт

Контакты

mapРИУП «Научно-технологический парк Витебского государственного технологического университета». 210035, Республика Беларусь, г. Витебск, Московский пр-т, 72 Г

fax-logoТел./факс: +375 212 47 67 09

emailinfo@technopark-vitebsk.by

Обратная связь

  

Orange Colour Red Colour Blue Colour Green Colour Grey Colour