Научная статья на тему 'ПРИМЕНЕНИЕ КОНЦЕПЦИИ ПРОСЛЕЖИВАЕМОСТИ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ РАСТЯЖЕНИИ: НА ПРИМЕРЕ ГСО 11854-2021'

ПРИМЕНЕНИЕ КОНЦЕПЦИИ ПРОСЛЕЖИВАЕМОСТИ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ РАСТЯЖЕНИИ: НА ПРИМЕРЕ ГСО 11854-2021 Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
86
15
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА / СТАТИЧЕСКОЕ РАСТЯЖЕНИЕ / МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОСЛЕЖИВАЕМОСТЬ / ПЕРВИЧНАЯ РЕФЕРЕНТНАЯ МЕТОДИКА / СТАНДАРТНЫЙ ОБРАЗЕЦ

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Матвеева И. Н., Толмачев В. В., Забелина А. А.

Статья посвящена особенностям использования стандартного образца утвержденного типа как основы для сравнения в качестве одного из основных инструментов обеспечения прослеживаемости и контроля точности результатов измерений механических свойств. В ходе исследования был поведен анализ подхода теоретических принципов на основе ГОСТ 3 4100.3-2017 / ISO/IEC Guide 98-3:2008 и алгоритмов расчетов ГОСТ Р ИСО 21748-2021 для оценивания неопределенности измерений. Рассмотрена методология применения стандартного образца механических свойств стали марки 20 ГСО 11854-2021 для оценивания неопределенности результатов испытаний на статическое растяжение. Установлено, что оценивание неопределенности результатов испытаний на статическое растяжение для обеспечения прослеживаемости результата приводит к необходимости учета систематической составляющей лаборатории при расчете неопределенности результатов испытания или как поправки, или как вклада в стандартную суммарную неопределенность. Предложены два варианта учета систематической составляющей лаборатории. Практическая значимость проведенного исследования заключается в возможности применения аккредитованными лабораториями модельного подхода теоретических принципов на основе ГОСТ 34100.3-2017 / ISO/IEC Guide 98-3:2008 и алгоритмов расчетов ГОСТ Р ИСО 21748-2021 (уравнение 1) при оценке неопределенности по п. 7.6 ГОСТ I SO/IEC17025-2019.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

APPLICATION OF THE CONCEPT OF TRACEABILITY IN DETERMINING THE MECHANICAL PROPERTIES OF METALS UNDER STATIC TENSION ON THE EXAMPLE OF GSO 11854-2021

The article is devoted to the special aspects of application of a certified reference material as a basis for comparison as one of the main tools for ensuring traceability and accuracy control of the measurement results of mechanical properties.In the course of the research, an analysis of the approach of theoretical principles based on GOST 34100.3-2017 / ISO/IEC Guide 98-3:2008 and GOST R ISO 21748-2021 calculation algorithms for evaluating measurement uncertainty was carried out. The methodology of application of the reference material for the mechanical properties of steel grade 20 GSO 11854-2021 for evaluating the uncertainty of the static tensile test results was considered.It was established that evaluating the uncertainty of the static tensile test results to ensure the traceability of the result leads to the need to account the systematic component of the laboratory when calculating the uncertainty of test results, either as a correction or as a contribution to the standard total uncertainty. Two accounting options for the systematic component of the laboratory were proposed.The practical significance of the research is the possibility of applying the model-based approach of theoretical principles based on GOST 34100.3-2017 / ISO / IEC Guide 98-3:2008 and GOST R ISO 21748-2021 calculation algorithms (Equation 1) when evaluating uncertainty according to clause 7.6 of GOST ISO/IEC17025-2019 by accredited laboratories.

Текст научной работы на тему «ПРИМЕНЕНИЕ КОНЦЕПЦИИ ПРОСЛЕЖИВАЕМОСТИ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ РАСТЯЖЕНИИ: НА ПРИМЕРЕ ГСО 11854-2021»

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ

Применение концепции прослеживаемости при определении механических свойств металлов при статическом растяжении:

Уральский научно-исследовательский институт метрологии - филиал ФГУП«Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева», г. Екатеринбург, Россия И [email protected]

Аннотация: Статья посвящена особенностям использования стандартного образца утвержденного типа как основы для сравнения в качестве одного из основных инструментов обеспечения прослеживаемости и контроля точности результатов измерений механических свойств.

В ходе исследования был поведен анализ подхода теоретических принципов на основе ГОСТ 34100.3-2017 / ISO/IEC Guide 98-3:2008 и алгоритмов расчетов ГОСТ Р ИСО 21748-2021 для оценивания неопределенности измерений. Рассмотрена методология применения стандартного образца механических свойств стали марки 20 ГСО 11854-2021 для оценивания неопределенности результатов испытаний на статическое растяжение. Установлено, что оценивание неопределенности результатов испытаний на статическое растяжение для обеспечения прослеживаемости результата приводит к необходимости учета систематической составляющей лаборатории при расчете неопределенности результатов испытания или как поправки, или как вклада в стандартную суммарную неопределенность. Предложены два варианта учета систематической составляющей лаборатории. Практическая значимость проведенного исследования заключается в возможности применения аккредитованными лабораториями модельного подхода теоретических принципов на основе ГОСТ 34100.3-2017 / ISO/IEC Guide 98-3:2008 и алгоритмов расчетов ГОСТ Р ИСО 21748-2 0 21 (уравнение 1) при оценке неопределенности по п. 7.6 ГОСТ IS0/IEC17025-2019.

Ключевые слова: механические свойства, статическое растяжение, метрологическая прослеживаемость, первичная референтная методика, стандартный образец

Ссылка при цитировании: Матвеева И. Н., Толмачев В. В., Забелина А. А. Применение концепции прослеживаемости при определении механических свойств металлов при статическом растяжении: на примере ГСО 11854-2021 // Эталоны. Стандартные образцы. 2023. Т. 19, № 1. С. 41-50. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2023-19-1-41-50

Статья поступила в редакцию 05.10.2022; одобрена после рецензирования 15.12.2022; принята к публикации 25.12.2022.

Научная статья

УДК 669.01:620.172:006.354

https://doi.org/10.20915/2077-1177-2023-19-1-41-50

на примере ГСО 11854-2021

И. Н. Матвеева, В. В. Толмачев ©, А. А. Забелина

MODERN METHODS OF ANALYSIS OF SUBSTANCES

AND MATERIALS

Research Article

Application of the concept of traceability in determining the mechanical properties of metals under static tension on the example

of GSO 11854-2021

Ilona N. Matveeva, Vladimir V. Tolmachev ©, Anastasia A. Zabelina

UNIIM - Affiliated Branch of the D. I. Mendeleyev Institute for Metrology, Yekaterinburg, Russia

El [email protected]

Abstract: The article is devoted to the special aspects of application of a certified reference material as a basis for comparison as one of the main tools for ensuring traceability and accuracy control of the measurement results of mechanical properties.

In the course of the research, an analysis of the approach of theoretical principles based on GOST 34100.3-2017 / ISO/IEC Guide 98-3:2008 and GOST R ISO 21748-2 0 21 calculation algorithms for evaluating measurement uncertainty was carried out. The methodology of application of the reference material for the mechanical properties of steel grade 20 GSO 11854-2021 for evaluating the uncertainty of the static tensile test results was considered. It was established that evaluating the uncertainty of the static tensile test results to ensure the traceability of the result leads to the need to account the systematic component of the laboratory when calculating the uncertainty of test results, either as a correction or as a contribution to the standard total uncertainty. Two accounting options for the systematic component of the laboratory were proposed.

The practical significance of the research is the possibility of applying the model-based approach of theoretical principles based on GOST 34100.3-2017 / ISO / IEC Guide 98-3:2008 and GOST R ISO 21748-2021 calculation algorithms (Equation 1) when evaluating uncertainty according to clause 7.6 of GOST ISO/IEC17025-2019 by accredited laboratories.

Keywords: mechanical properties, static tension, metrological traceability, primary reference measurement procedure, reference material

For citation: Matveeva I. N., Tolmachev V. V., Zabelina A. A. Application of the concept of traceability in determining the mechanical properties of metals under static tension on the example of GSO 11854-2021. Measurement Standards. Reference Materials. 2023;19(1):41-50. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2023-19-1-41-50

The article was submitted 05.10.2022; approved after reviewing 25.10.2022; accepted for publication 25.12.2022.

Введение

Определение механических характеристик металлов при статическом растяжении является одним из основных методов идентификации материала по прочности и пластичности. Испытание на статическое растяжение не является прямым измерением, характеристики прочности (временное сопротивление, условный предел текучести) и пластичности (относительное удлинение, относительное сужение) определяют, используя соответствующие уравнения измерения при заданных

условиях испытания. Поэтому результаты определения механических свойств нельзя соотнести с основой для сравнения в виде эталона физической величины, но возможно в качестве основы для сравнения использовать либо первичную референтную методику, либо стандартный образец. Однако вопросы применения стандартного образца или первичной референтной методики в качестве основы для сравнения имеют особенности, отсутствующие в количественном химическом анализе, связанные с неоднородностью

стандартного образца или материала, который используется для сличения результатов лабораторной методики по ГОСТ 1497-84 с результатами первичной референтной методики.

В работах G. W. Bahng и G. Roebben [1-3] механические свойства классифицируются как характеристики, зависящие от методик испытания. Путаница при установлении прослеживаемости механических свойств возникает вследствие того, что результаты испытаний механических свойств металлов выражают в основных единицах SI. Например, прочность при испытании на статическое растяжение измеряют в мегапаскалях, которые являются единицей давления (сила, деленная на площадь). Однако утверждение, что свойства металла при испытании на статическое растяжение можно проследить к единице силы и единице длины, т. е. базовым единицам SI, является некорректным, так как они измеряются при испытаниях до разрушения образца. Для получения реакции образца необходимо применение внешнего воздействия в виде растяжения, например, с определенной скоростью деформирования. Это означает, что если изменить метод или процедуру внешнего воздействия, то результаты также изменятся. Для обеспечения прослеживаемости свойств и объективного контроля правильности применения метода испытаний в лаборатории необходим стандартный образец.

В работах S. Adamczak, H. Czichos и B. Aydemir [4-6] обсуждаются варианты расчетов неопределенности характеристик прочности и пластичности.

Существенным недостатком данных работ является составление бюджета неопределенности только на основании данных о прослеживаемости к единицам силы и длины, т. е. без использования стандартного образца.

В работе В. В. Толмачева и И. Н. Матвеевой [7] обсуждался подход к обеспечению метрологической прослеживаемости результатов измерений механических свойств при испытании на статическое растяжение с помощью стандартных образцов к первичной референтной методике измерений.

При оценивании неопределенности результатов испытаний на статическое растяжение вклад от прослеживаемости результата, оцениваемый с помощью стандартных образцов, приводит к необходимости учета систематической составляющей лаборатории или как поправки, или как вклада в стандартную суммарную неопределенность.

Целью статьи является исследование и апробация методологии применения стандартного образца для установления прослеживаемости при определении механических свойств металлов при статическом растяжении.

В задачи исследования входит следующее: повести анализ подхода теоретических принципов на основе ГОСТ 34100.3-2017/IS0/IEC Guide 98-3:2008 и алгоритмов расчетов ГОСТ Р ИСО 21748-2021 для оценивания неопределенности измерений; на примере стандартного образца механических свойств стали марки 20 ГСО 11854-2021 провести процедуру оценивания неопределенности результатов испытаний на статическое растяжения; сформировать подход, основанный на составлении бюджета неопределенности с учетом совокупного эффекта от всех источников неопределенности, включая смещение, обусловленное прослеживаемостью.

Материалы и методы

Метрологическая прослеживаемость (Metrological traceability), согласно JCGM 200:2012 [8] (п. 2.41),- свойство результата измерения, в соответствии с которым результат может быть соотнесен с основой для сравнения через документированную неразрывную цепочку калибровок, каждая из которых вносит вклад в неопределенность измерения. Предметом исследования являлась обязательная характеристика результата измерения прочностных свойств металла - неопределенность временного сопротивления, и анализ вклада от прослеживаемости при составлении бюджета неопределенности. В качестве основы для сравнения выбран стандартный образец механических свойств стали марки 20 ГСО 11854-2021.

Стандартный образец утвержденного типа ГСО 11854-2021 получен в результате исследования и характеризации проката сортового стального горячекатаного круглого сечения по ГОСТ 2590-2006 из стали марки 20 по ГОСТ 1050-2013. Характеризация образцов проката по показателям «временное сопротивление» и «предел текучести физический» проводилась на Государственном эталоне силы первого разряда (регистрационный номер по Федеральному информационному фонду по обеспечению единства измерений 3.1.0275.2017) при минимальной скорости деформаи-рования 0,00025 с-1, предусмотренной ГОСТ 1497-84. Стандартная неопределенность от характеризации составила 0,9 Н/мм2. Для вычисления характеристики расширенной неопределенности аттестованных значений при проведении испытаний в целях утверждения типа установлена стандартная неопределенность от неоднородности материала стандартного образца 2 Н/мм2.

Значения метрологических характеристик стандартного образца механических свойств стали марки 20, установленные в результате испытаний партии № 1 приведены в табл. 1.

Таблица 1. Метрологические характеристики стандартного образца механических свойств стали марки 20 ГСО 11854-2021

Table 1. Metrological characteristics of the reference material for the mechanical properties of steel grade 20 GSO 11854-2021

Аттестованная характеристика Аттестованное значение СО Значения абсолютной расширенной неопределенности аттестованных значений СО (при P = 0,95 и k = 2)

Напряжение св (временное сопротивление, предел прочности) при статическом испытании на растяжение, МПа (Н/мм2) * 446 ±6

Напряжение ст (предел текучести физический) при статическом испытании на растяжение, МПа (Н/мм2) * 250 ±10

*для пропорциональных цилиндрических образцов по ГОСТ 1497-84 с начальной расчетной длиной 10 = 5d0, где d0 - начальный диаметр пропорционального цилиндрического образца.

Для оценки неопределенностей измерений можно использовать разные подходы. Все они включают определение измеряемой величины и тщательное выявление всех возможных вкладов, способствующих увеличению неопределенности измерений.

Предложенная в [9] классификация подходов к оценке неопределенности представлена на рис. 1. Классификация основана на различии между оценкой неопределенности, проводимой самой лабораторией (так называемый внутрилабораторный подход),

Эмпирические подходы

Рис. 1. Классификация подходов к оценке неопределенности согласно [9] Fig. 1. The classification of approaches to uncertainty evaluation according to [9]

и оценкой неопределенности, основанной на совместных исследованиях в различных лабораториях (так называемый межлабораторный подход).

В работе использовался модельный подход на основе ГОСТ 34100.3-2017 / ISO/IEC Guide 98-3:2008. Создана математическая модель, представляющая собой уравнение, определяющее количественную связь между измеряемой величиной и всеми величинами, от которых она зависит, включая все компоненты, которые вносят вклад в неопределенность измерения. Произведена оценка стандартных неопределенностей всех отдельных компонентов неопределенности. Стандартные отклонения от повторных измерений непосредственно являются стандартными неопредел енностями для с о от ветствую -щих компонентов (если можно предполо ить нормально е распоеделение). Суммарная стандартная ноопреде-вентосюь нтчослена путем применеюин засоню распрося-ранения неопределенности, который зависит оя ч астных пронзюс^д^иь^цлю оажрой яхюднлй всличины. Вычиcj^^h^ расширенная неопределенность U (обеспечивающая интервал от (y-U) до (y+U) для измеряемой величины у). Для нормального распределения обычно вы би -рается коэффициент охвата k=2. Результат измерения вместе с его неопределенностью представлен в соответствии с правилами ГОСТ 34100.3-2017.

Следует отметить, что эмпирические подходы столь же свра 4 дя ивы, как и мв дельты Я о одход, и иногда лаже нрчводят к болнт ренлистичной оменкп ненпюе-деленностб, ппскольку они в значеяпеьной степени основаны на экспериментальных данных, на многолетнем опыте и отражают общепринятую практику.

Результаты

Статистическая модель, на которой основаны методы оценки неопределенности, может быть записана в виде уравнения (1) ГОСТ Р ИСО 21748-2021:

ов = о +&в + ICiX + gB + е „в, (1)

где ов - результат измерений, относительно которого предполагается, что он может быть вычислен по соответствующей функции (ав = —Рв - максимальное уси-

Fo

лие, предшествующее разрыву образца, F0- начальная площадь поперечного сечения);

о - (неизвестное) математическое ожидание идеальных результатов;

4в - смещение, обусловленное прослеживаемостью;

X''- отклонение от номинального значения х;

с, - коэффициент чувствительности, равный —^;

дх.

gв - округление результата измерений по ГОСТ 1497-84;

еав - случайная составляющая неопределенности измерений в условиях повторяемости.

Предполагалось, что х' подчиняются нормальному распределению с нулевым математическим ожиданием и дисперсией ы2(х).

Учитывая модель, описываемую уравнением (1), неопределенность измерения ав оценивали, применяя уравнение (2):

и 2(о-в) = и ) + с2(Р> 2(РВ) +

+ е 'н dе)ю 'н dеу + ю 'н Зау + ю 2 нжр у = ю "(Ж +

н

' 4 ^

б епре

ю2нРчС+

о

' 8P л

б епе0

ю 2нпеу+

+ю 2н ЗчС+ю ЧжжС,

(2)

где и2(^<т ) - неопределенность, вызванная неопределенностью оценки, полученной на основе измерений стандартного образца с паспортным значением; и2(х') - неопределенность, соответствующая х'; - неопределенность вследствие округления результата измерений;

и2(еа ) - случайная составляющая неопределенности измерений стандартного образца в условиях повторяемости.

Неопределенность, соответствующая смещению, обусловленному прослеживаемостью, задается уравнением (3):

u (L„) = u (°ВГСО) +

ч , (°ВГСО -°В)2

, (3)

)де ио(звГСО) - неопределенностям соотвезсявующая паспоряному значению ЗГСО, используемому для оценки правильности при совместном исследовании.

Если стандартный образец был испытан п раз (не менее 3 раз), то рекомендуемая процедура оценки границ и2(еав) выглядит следующим образом:

а) определить среднее значение и стандартное от-клонени е —¿р;

б) определить доверительную область среднего значения по формуле (4):

( ) ^1 (Р /) и (еа ) = ' ^-, (4)

" ып

где г - коэффициент Стьюдента; Р - уровень доверия; / = (п-Х) степени свободы; п - число измерений.

Для Р = 0,7 и п = 3 коэффициент г = 1,386. Пример расчета бюджета неопределенности измерений характеристики «временное сопротивление» приведен в табл. 2.

Обсуждение

При анализе бюджета неопределенности, представленного в табл. 2, можно выделить 4 равноценных вклада в суммарную стандартную неопределенность: от начального диаметра образца, округления результата, прослеживаемость к стандартному образцу утвержденного типа (СО) и случайная составляющая измерений в условиях по-

Таблица 2. Бюджет неопределенности измерений характеристики «временное сопротивление» Table 2. The uncertainty budget for measurements of the characteristic «breaking point»

Источник неопределенности

Обозначение

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Формула

Используемые переменные, параметры

Пример

Начальный диаметр образца

Максимальное усилие, предшествующее разрыву образца

Округление результата

Средне е зн аче-нич и С КО изме-рени й на СО

Случайная составляющая неопределенности измерений ГСО в условиях повторяемости

Аттестованное значение ГСО и его неопределенность (на основе паспорта ГСО)

u(do) c(do)

u(pb)

c(PB)

u(gJ

U (ea.)

u(d0)

c(d0) = -2 ^ d0

c(d0)u(d0)

«p.)=-p.

.

c(P>(PB)

u (go) =

Vl2

ч =-

n 3 ,.=1

S4 =

=j-n-и еич4

12 еч -чв)2

Табл. 8 ГОСТ 1497

Adt)= ±0,10 мм ав= 570 Н/мм3 d0 = 10,06 мм

Предел допускаемой относительной погрешности измерения силы

^ = ±0,5% Р

ав = 570 Н/мм2

Табл. 2 ГОСТ 1497

gaB= 10 Н/мм2 для а > 500 Н/мм2

и - единичное измеие-ни его

п- и оличество изме рений ГСО (n=3)

u (ea.) =

Sgt(P, f) S,tB.

•Jn

°вГСО и(авГСО)

и(Ягсо) =

U (СГвГСо) 2

i0.7,2 = 1,386 для n = 3

сгвГШ = 527 Н/мм2

U(оВГСОГ 6 Н/мм2 -значение расширенной неопределенности ГСО согласно паспорту

u (d0) = = 0,0577 v3

c(d0) = -2-570- = -113 0 10,06

c(d0)u(d0) = 113 - 0,0577 = 6,52Н/мм

PB = 45120 H

45120 • 0,005

«(Pb) =-—=130

570

c(P) = —-— = 0,0126 B 45120

C(Pb)M(Pb) = 130 • 0,0126 = 10

1,64

H

u(g„ ) = ^ = 2,88 Н/мм2

Результаты измерений:

(545; 550; 555) Н/мм2

Ч= 550Н/мм2

^ =\1 Ь52 + 0 + 52) = 5 Н/мм2

"(О =

5-1,386

4 Н/мм'

«(оВгсо) = T = 3 Н/мм2

2

PB = 45120 Н

2

мм

g

Окончание табл. 2 End of Table 2

Источник неопределенности Обозначение Формула Используемые переменные, параметры Пример

Прослежива-емость к ГСО Суммарная стандартная неопределенность Эффективное число степеней свободы "(О Фв) Уэфф у(Рв) = X = X = х у(^)=2 - 1 = 1 у(е^) = 3 - 1 = 2

44-,) = Ju 2ОвГСо) + е ) l , (527 - 550)2 = ^3 + 3 =

+ (o-вгсо -0в)2 3 и )ав) = J c 2)P> 2)PB) + + c \d Q )u \d 0) + и 2)g в) + +и 2)^в) + и 2)eaB) v u4(aj эфф u4(PB) + uv0) , v(P.) v(dü) u V.) , uA(Sa,) , u"(^aB) , u\eJ H--— H--— H--— v( gj v(j) v( ej = 13,6 Н/мм2 u(a„) = V6,522 +1,642 + 2,882 + 42 + +13,62 = 16,0 Н/мм2 16,04 65536 , „ v =-=-= 19 эфф п п п 13,64 44 34338 , 0 + 0 + 0 + —-— + — 1 2

Расширенная неопределенность U(oB) U (o;) = ?095,„афф • u(aB) '0.9*^ = 4,303 U(<rB) = 4,303 ■ 16,0 = 69 Н/мм2

вторяемости. Рассмотрим каждую из составляющих отдельно.

Величина вклада от начального диаметра образца обусловлена величиной допуска на диаметр испытываемого образца, равного 0,10 мм согласно ГОСТ 1497-84. Данный вклад, в соответствии с JCGM 106:2012 [10], описывает глобальный риск для объекта (образца), выбранного случайно из производственного процесса. Решение об учете данного вклада следует принимать в зависимости от того идет ли речь о неопределенности для конкретного образца либо о неопределенности методики испытаний, реализованной на конкретном оборудовании в лаборатории.

Вклад от округления результата 10 Н/мм2, предусмотренный в ГОСТ 1497-84, по-видимому, был обусловлен применением в прошлом разрывных машин с аналоговым сигналом, обладающих недостаточной чувствительностью к динамическим изменениям усилия в процессе испытания. В настоящее время использование разрывных машин с оцифрованным сигналом позволяет пренебречь данным вкладом.

Вклад от случайной составляющей измерений СО в условиях повторяемости описывает, как правило, качество работы оператора и случайные эффекты,

имеющие место при реализации методики испытаний в лаборатории на конкретном оборудовании, т. к. неоднородность материала уже учтена в метрологических характеристиках СО. В примере оценка величины вклада равна 4 Н/мм2, предполагается, что необходимо оценивать случайную составляющую для каждой системы оператор-разрывная машина.

Вклад от прослеживаемости к СО включает в себя систематическую составляющую, связанную с реализацией методики испытаний в лаборатории, в том числе за счет алгоритмов программного обеспечения разрывной машины, и неоднородность материала СО. Основными влияющими факторами могут являться подготовительные операции перед началом испытаний (обнуление датчиков силы, датчиков деформации, способ закрепления образцов, величина предварительного на-гружения), задаваемые условия испытания (скорость деформирования или скорость нагружения), ошибки в расчетах, в том числе в алгоритмах встроенного программного обеспечения [7]. Как правило, используемая на практике скорость испытания близка к максимальным величинам, допускаемым методикой испытаний, так как необходимо провести максимальное количество испытаний за рабочую смену оператора. Однако при этом

пренебрегают следующими неявными допущениями. Во-первых, ГОСТ 1497-84 является методом испытаний на статическое растяжение, т. е. достоверные результаты получаются при минимальной скорости испытаний. Во-вторых, поверка разрывных машин осуществляется в стационарном режиме, а испытания проводятся в динамическом режиме. Поэтому регистрируемые значения усилия и удлинения могут иметь систематическую погрешность, связанную со скоростью испытания. В примере оценка величины вклада за счет прослеживаемости равна 13,6 Н/мм2, предполагается, что систематическую погрешность следует оценивать для каждой из имеющихся разрывных машин.

Расширенная неопределенность в примере имеет значение 69 Н/мм2, что обусловлено эффективным числом степеней свободы уэфф = 1,9. Уменьшение эффективного числа степеней свободы возможно двумя путями. Первый состоит в уменьшении систематической составляющей за счет изменения скорости испытания. Второй путь будет реализован, если случайная составляющая окажется по величине не менее вклада от прослеживаемости к ГСО.

Выводы

Использование стандартного образца утвержденного типа как основы для сравнения является одним из основных инструментов обеспечения прослеживаемости и контроля точности результатов измерений механических свойств. Подход, основанный на составлении бюджета неопределенности для уравнения измерения (1), позволит лабораториям проводить надлежащую оценку неопределенности результатов измерений характеристик механических свойств с учетом совокупного эффекта от всех источников неопределенности, а также с учетом смещения, обусловленного прослеживаемостью.

Практическая значимость проведенного исследования заключается в возможности применения аккредитованными лабораториями модельного подхода теоретических принципов на основе ГОСТ 34100.3-2017/ ISO/I EC Guide 98-3:2008 и алгоритмов расчетов ГОСТ Р ИСО 21748-2021 (уравнение 1) при оценке неопределенности по п. 7.6 ГОСТ ISO/IEC17025-2019.

Благодарности: авторы выражают благодарность главному металлургу ОАО «Уралтурбо» Чеснокову Михаилу Александровичу за оказанную техническую помощь при испытаниях стандартного образца в целях

утверждения типа. Это исследование не получало финансовой поддержки в виде гранта от какой-либо организации государственного, коммерческого или некоммерческого сектора.

Acknowledgments: the authors express their gratitude to Mikhail A. Chesnokov, Chief Metallurgist of JSC «Uralturbo», for the technical assistance provided during testing of the reference material for the purpose of type approval. The research did not receive financial support in the form of a grant from any organization in the public, commercial or nonprofit sector.

Вклад соавторов: Матвеева И. Н.- осуществление формального анализа, проведение исследовательских работ, создание визуальных материалов; Толмачев В. В-разработка концепции исследования, осуществление формального анализа; Забелина А. А.- проведение исследовательских работ.

Contribution of the authors: Matveeva I. N.- implementation of formal analysis, research work, creation of visual materials; Tolmachev V. V.- development of the research concept, implementation of formal analysis; Zabelina A. A.-research work. A translated version of the article in English is planned for publication in the book Sobina E. P. Et all. (eds.). Reference Materials in Measurement and Technology. RMMT 2022. Switzerland: Springer, Cham.

Конфликт интересов: Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Материал статьи подготовлен на основе доклада, представленного на V Международной научной конференции «Стандартные образцы в измерениях и технологиях» (Екатеринбург, 13-16 сентября 2022 г.). Переводная версия статьи на английском языке планируется к публикации в книге Sobina E. et al. (eds.). Reference Materials in Measurement and Technology. RMMT 2022. Switzerland: Springer, Cham.

Conflict of interest: The authors declare no conflict of interest. The material of the article was prepared on the basis of the report presented at the V International Scientific Conference «Reference Materials in Measurement and Technology» (Yekaterinburg, September 13-16, 2022). A translated version of the article in English is planned for publication in the book Sobina E. et al. (eds.). Reference Materials in Measurement and Technology. RMMT 2022. Switzerland: Springer, Cham.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Establishment of traceability in the measurement of the mechanical properties of materials / G. W. Bahng [et al.] // Metrologia. 2010. Vol. 47, № 2. P. 32-40. https://doi.org/10.1088/0026-1394/47/2/S04

2. Metrological traceability of the measured values of properties of engineering materials / G. Roebben [et al.] // Metrologia. 2010. Vol. 47, № 2. P. 23-31. https://doi.org/10.1088/0026-1394/47/2/S03

3. Bahng G. W., Cho S. J., Lee H. M. A technical approach to establish traceability in materials metrology // Mapan - Journal of Metrology Society of India. 2007. Vol. 22, № . 3. P. 145-151.

4. AdamczakS., Bochnia J., Kundera C. Stress and strain measurements in static tensile tests // Metrology and Measurement Systems. 2012. Vol. 19, № 3, P. 531-540. https://doi.org/10.2478/v10178-012-0046-3

5. Czichos H, Saito T, Smith L. (Eds.) Springer handbook of metrology and testing. Springer: Berlin, 2011. 1229 p. https://doi.org/ 10.1007/978-3-642-16641-9

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

6. Aydemir B., Cal B. Quality of material tensile test // Center for Quality: Collection of works 5th International Quality Conference, 20 May 2011. Kragujevac: Faculty of Mechanical Engineering, University of Kragujevac, 2011, P. 331-336.

7. Толмачев В. В., Матвеева И. Н. Современное состояние метрологического обеспечения испытаний на статическое растяжение // Эталоны. Стандартные образцы. 2022. Т. 18, № 1. С. 51-67. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2022-18-1-51-67

8. JCGM 200:2012 International vocabulary of metrology - Basic and general concepts and associated terms (VIM). 3rd ed. BIPM. 2012. 108 p. URL: https://www.bipm.org/documents/20126/2071204/JCGM_200_2012.pdf/f0e1ad45-d337-bbeb-53a6-15fe649d0ff1

9. Measurement uncertainty revisited: Alternative approaches to uncertainty evaluation: Technical report 2007. no. 1 Paris: EUROLAB, 2007. 62 p. URL: https://eurolab-d.de/files/measurement_uncertainty_revisited_-_alternative_approaches_to_uncertainty_ evaluation.pdf

10. JCGM 106:2012 Evaluation of measurement data - The role of measurement uncertainty in conformity assessment. BIPM. 2012. 57 p. URL: https://www.bipm.org/documents/20126/2071204/JCGM_106_2012_E.pdf/fe9537d2-e7d7-e146-5abb-2649c3450b25

REFERENCES

1. Bahng G. W., Kim J. J., Lee H. M., Huh Y. H. Establishment of traceability in the measurement of the mechanical properties of materials. Metrologia. 2010;47(2):32-40. https://doi.org/10.1088/0026-1394/47/2/S04

2. Roebben G., Linsinger T. P. J., Lamberty A., Emons H. Metrological traceability of the measured values of properties of engineering materials. Metrologia. 2010;47(2):23-31. https://doi.org/10.1088/0026-1394/47/2/S03

3. Bahng G. W., Cho S. J., Lee H. M. A technical approach to establish traceability in materials metrology. Mapan - Journal of Metrology Society of India. 2007;22(3):145-151.

4. Adamczak S., Bochnia J., Kundera C. Stress and strain measurements in static tensile tests. Metrology and Measurement Systems. 2012;19(3):531 -540. https://doi.org/10.2478/v10178-012-0046-3

5. Czichos H., Saito T., Smith L. (eds.) Springer handbook of metrology and testing. Springer: Berlin; 2011. 1229 p. https://doi.org/ 10.1007/978-3-642-16641-9

6. Aydemir B., Cal B. Quality of material tensile test. In: Center for Quality: Collection of works 5th International Quality Conference, 20 May 2011. Kragujevac: Faculty of Mechanical Engineering, University of Kragujevac; 2011, p. 331-336.

7. Tolmachev V. V., Matveeva I. N. The current state of metrological support for static tension tests. Measurement Standards. Reference Materials. 2022;18(1):51-67. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2022-18-1-51-67 (In Russ.).

8. JCGM 200:2012 International vocabulary of metrology - Basic and general concepts and associated terms (VIM). 3rd ed. BIPM. 2012. 108 p. Available at: https://www.bipm.org/documents/20126/2071204/JCGM_200_2012.pdf/ f0e1ad45-d337-bbeb-53a6-15fe649d0ff1

9. Measurement uncertainty revisited: Alternative approaches to uncertainty evaluation: Technical report 2007. no. 1 Paris: EUROLAB, 2007. 62 p. Available at: https://eurolab-d.de/files/measurement_uncertainty_revisited_-_alternative_approaches_to_uncertainty_ evaluation.pdf

10. JCGM 106:2012 Evaluation of measurement data - The role of measurement uncertainty in conformity assessment. BIPM. 2012. 57 p. Available at: https://www.bipm.org/documents/20126/2071204/JCGM_106_2012_E.pdf/fe9537d2-e7d7-e146-5abb-2649c3450b25

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ГСО 11854-2021 Стандартный образец утвержденного типа механических свойств стали марки 20 // Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений : официальный сайт. URL: https://fgis.gost.ru/fundmetrology/registry/19/ items/1395637

ГОСТ 1050-2013 Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия = Metal products from nonalloyed structural quality and special steels. General specification. Москва: Стандартинформ, 2014. 36 с.

ГОСТ 1497-84 Металлы. Методы испытаний на растяжение = Metals. Methods of tension test. Москва: Стандартинформ, 2008.

ГОСТ 2590-2006 Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент = Round hot-rolled steel bars. Dimensions. Москва: Стандартинформ, 2010. 12 с.

ГОСТ 34100.3-2017/IS0/IEC Guide 98-3:2008 Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения = Uncertainty of measurement. Part 3. Guide to the expression of uncertainty in measurement. Москва: Стандартинформ, 2018. 108 с.

ГОСТ Р ИСО 21748-2021 Статистические методы. Руководство по использованию оценок повторяемости, воспроизводимости и правильности при оценке неопределенности измерений = Statistical methods. Guidance for the use of repeatability, reproducibility and trueness estimates in measurement uncertainty evaluation : издание официальное. Москва: Стандартинформ, 2014. 38 с.

ГОСТ ISO/IEC 17025-2019 Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий = General requirements for the competence of testing and calibration laboratories. Москва: Стандартинформ, 2021. 28 с.

Государственный рабочий эталон единицы силы первого разряда в диапазоне значений от 1 до 50 кН // Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений: официальный сайт. URL: https://fgis.gost.ru/fundmetrology/registry/11/ items/415290

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Матвеева Илона Николаевна - научный сотрудник лаборатории менеджмента риска и метрологического обеспечения безопасности технологических систем УНИИМ - филиал ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева» Россия, 620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, 4 e-mail: [email protected]

Толмачев Владимир Валерьянович - канд. физ-мат. наук, заведующий отделом метрологии механических и геометрических величин и характеристик Уральского научно-исследовательского института метрологии - филиала ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева»

Россия, 620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, 4 e-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0002-6122-1734

Забелина Анастасия Андреевна - инженер лаборатории менеджмента риска и метрологического обеспечения безопасности технологических систем УНИИМ - филиал ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева» Россия, 620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, 4 e-mail: [email protected]

NFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Ilona N. Matveeva - Researcher of the laboratory for risk management and metrological safety assurance of technological systems, UNIIM - Affiliated Branch of the D. I. Mendeleyev Institute for Metrology

4 Krasnoarmeyskaya str., Yekaterinburg, 620075, Russia e-mail: [email protected]

Vladimir V. Tolmachev - Cand. Sci. (Phys.-Math.), Head of the Department of metrology of mechanical and geometric quantities and characteristics, UNIIM - Affiliated Branch of the D. I. Mendeleyev Institute for Metrology

4 Krasnoarmeyskaya str., Yekaterinburg, 620075, Russia e-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0002-6122-1734

Anastasia A. Zabelina - Engineer of the laboratory for risk management and metrological safety assurance of technological systems, UNIIM - Affiliated Branch of the D. I. Mendeleyev Institute for Metrology

4 Krasnoarmeyskaya str., Yekaterinburg, 620075, Russia e-mail: [email protected]

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.