压缩试验机对材料压缩强度如何计算

       在压缩试验机试验过程中中，试样直至破裂（脆性材料）或产生屈服（非脆性材料）时所承受的zui大压缩应力。计算时采用的面积是试样的原始横截面积。在没有明显屈服点的场合，可以用预先设定的偏置屈服点的压应力来定义。压缩强度也是一个重要的力学量，它表征材料抵抗压缩载荷而不失效的能力。

           压缩试验机测量过程：

压缩强度以试验过程中zui大破坏力除以受压面积表示（在温度和其它条件不变时）

　　式中：

　　P—压缩强度，MPa

　　F—zui大破坏力，kN

　　L—试样的长度，mm

　　B—试样的宽度，mm

　　于是模型如下：

　　式中：

　　—重复性试验所引起的不确定度

　　—zui大破坏力的测量不确定度

　　—长度的测量所引起的不确定度

　　—宽度的测量所引起的不确定度

3 计算测量不确定度的分量

　　测试数据见下表1所示。

　　表1 压缩强度测试数据

　　序号 长 度

　　L（mm） 宽 度

　　B（mm） 破坏力

　　F（kN） 压缩强度

　　P（MPa）

　　1 50.0 50.5 204.2 80.87

　　2 50.0 50.5 255.8 101.31

　　3 50.0 50.0 172.4 68.96

　　4 50.5 50.0 219.4 86.89

　　5 50.0 50.5 223.4 88.48

　　6 50.5 50.0 230.4 91.25

　　7 50.0 50.0 189.8 75.92

　　8 50.0 50.0 196.2 78.48

　　9 50.5 50.5 240.4 94.27

　　10 50.0 50.5 234.6 92.91

　　平均值（X） 50.2 50.2 216.7 85.93

　　偏差（S） —— —— —— 9.77

　　标准不确定度（U1） —— —— —— 3.09

　　相对标准不确定度（Ur/%） —— —— —— 3.60

　　3.1 计算重复性试验所引起的不确定度

　　10个样品的压缩强度P的平均值为X=85.93MPa，偏差= 9.77MPa，以上述试验的算术平均值为测量结果，其测量结果的标准不确定度为U1==3.09 MPa。

　　因此，由测量重复性引入的相对不确定为：

　　= U1/X=3.09/85.93=3.60%

　　3.2zui大破坏力的测量不确定度

　　zui大破坏力F的测量不确定度来源于仪器的测量不确定度、读数不确定度和仪器校准的不确定度三个方面

　　（1）仪器的测量不确定度

　　若仪器的测量不确定度为U95=1.0%，以正态分布估计，于是标准不确定度为：

　　=1.0%/1.960=0.51%（k95=1.960）

　　（2）仪器的校准不确定度

　　查证书知仪器校准不确定度为U95=0.3%，以正态分布估计，于是标准不确定度为：

　　=0.3%/1.960=0.15%（k95=1.960）

　　（3）读数不确定度

　　仪器的zui大刻度为1000kN，读数为0.1 kN。测试范围一般选在仪器的量程的20%~90%，以矩形分布估计，故标准不确定度为：

　　=0.1/1000/=0.0058%（k=）

　　因此zui大破坏力F的测量不确定度为：

　　=0.53%

　　3.3长度的测量所引起的不确定度

　　（1）根据标准规定，长度的测量值到0.5mm，以矩形分布估计，则

　　=0.5/=0.2886 mm（k=）

　　（2）根据经验估计，由操作者引入的测量误差在±0.5mm，以矩形分布估计，则

　　=0.5/=0.2886 mm（k=）

　　两者合成得长度测量的标准不确定度为：

　　mm

　　则相对不确定度为：

　　=0.4079/50.2=0.81%

　　3.4宽度的测量所引起的不确定度

　　（1）根据标准规定，宽度的测量值到0.5mm，以矩形分布估计，则

　　=0.5/=0.2886 mm（k=）

　　（2）根据经验估计，由操作者引入的测量误差在±0.5mm，以矩形分布估计，则

　　=0.5/=0.2886 mm（k=）

　　两者合成得长度测量的标准不确定度为

　　mm

　　则相对不确定度为

　　=0.4079/50.2=0.81%

　　3.5 不确定度分量汇总表

　　不确定度分量汇总如表2所示。

4合成标准不确定度

　　==3.81%

5 测量结果

　　P（X）=85.93Mpa

　　合成标准不确定度为

　　= P（X）=85.93Mpa×3.81%=3.27MPa

　　6扩展不确定度

　　取包含因子k=2，置信概率为95%

　　U=k=2×3.27 MPa =6.54 MPa

　　7 测量不确定度的报告

　　压缩试验机干燥压缩强度 P=（85.93±6.54）Mpa。其中扩展不确定度U=6.54Mpa是由标准不确定度=3.27Mpa乘以包含因子k=2得到的。

　　表2不确定度分量汇总表

　　测量不确定来源 误差限 分布 /mm /% ci /%

　　1 重复性 3.60% 1 3.60%

　　2 压力测量 0.53% 1 0.53%

　　仪器测量 1.0% 正态 0.51%

　　压缩试验机标准 0.3% 正态 0.15%

　　测量读数 0.01% 矩形 0.0058%

　　3 长度测量 0.81% 1 0.81%

　　标准规定 0.5 矩形 0.2886

　　人员测量 0.5 矩形 0.2886

　　4 宽度测量 0.81% 1 0.81%

　　标准规定 0.5 矩形 0.2886

　　人员测量 0.5 矩形 0.2886

　　合成标准不确定度：=3.81%

　　=3.27MPa