GB T 31527-2015 力学性能测量 NbTi Cu复合超导线室温拉伸试验方法.pdf

1、t. ICS 77.040.01 H 21 中华人民共和国国家标准GB/T 31527-20 15/IEC 61788-6:2011 力学性能测量NbTi/Cu复合超导线室温拉伸试验方法Mecbanical properti臼measurement-Room temperature tensile test of NbTi/Cu composite superconductors (lEC 61788-6: 2011 ,Superconductivity-Part 6: Mechanical properties measurement-Room temperature tensile tes

2、t of Cu/Nb-Ti composite superconductors, IDT) 2015-05-15发布2015-12-01实施.tl.5h 品j;飞).,., )/丐O巴叫时i 叫咱叫咱叩g与妻c简写为GUM)臼7.IEC现有标准和未来标准的制修订中是否采用不确定度表示方法，由IEC各技术委员会(TC)决定.这项更改工作推行起来并不容易，尤其对那些不熟悉统计学以及不确定皮术语的用户来说，这种更改可能会带来困惑.2006年6月，超导技术委员会(TC90)在京都召开的会议上决定在标准的制修订中采用不确定表示方法。将精密度和准确度转换成不确定皮要求对数值的来源有所了解。扩展不确定度的包

3、含因子可能是1、2、3或者其他数字。厂商说明书给出的数据一般可视为均匀分布，会导致一个1/-13的转化系数。在将原数值转换成相应的标准不确定度时，应选用适当的包含国子。这里对转换过程进行详细解释，旨在告知用户在这个过程中相关的数值之间是如何转换的，并非要求用户都照此处理。转换成不确定度术语的过程不影响用户评定其测量的不确定度是否符合本标准。基于召集人的工程判断和误差传递分析，TC90蹦量标准中给出的规范是为了限制任何影响测量的量的不确定度.如有可能，标准对某些量的影响做简单限制，因此不要求用户评定这些量的不确定度。标准的总不确定度由实验室间比对来确认。B.2 定义统计学定义出自以下三处d测量不

4、确定度表示指南)(GUM) , (国际计量学通用基本术语(VIM)阳和(NIST测量结果不确定度的表示和评估指南HNIST)飞要注意的是，并非本标准提到的所有术语都在GUM中有明确定义。例如，对GUM中使用的相对标准不确定度和相对合成标准不确定度(5.1.6，附录J)并没有正式地定义(见5J) B.3 不确定度辄念的考虑统计学评定过去频繁使用的变化系数(COV)是标准偏差和均值的比注z变化系数COV通常称为相对标准偏差).这样的评估已经用于测量精密度的评定，并给出重复试验的紧密度。标准不确定度(SU)与变化系数COV相比，更多的取决于重复试验的数量，较少依赖于平均值，因此，在某种程度上给出更真

5、实的数据分散和试验评判图像.下面的例子(见表B.l-表B.5)给出一组从两个标称一致的引伸计使用相同信号调节器和数据采集系统进行的电子漂移和蠕变电压的测量结果。从32000个单元的电子表格中随机抽取n=10组数据。这里，1号引伸计El在零偏移位置时，2号引伸计E2偏移1 mm.输出信号单位为伏特.11 GB/T 31527-20 15/IEC 61788-6 :2011 囊B.1两个标穗-致引伸计的输出信号输出信号/VE1 Ez 0.00122070 2.33459473 0.00061035 2.33428955 0.001 52588 2.33428955 0.001 22070 2.33

6、459473 0.001 52588 2.33459473 0.00122070 2.33398438 0.001 52588 2.33428955 0.00091553 2.33428955 0.00091553 2.33459473 0.001 22070 2.33459473 表B.2两个输出信号的平均值LllLE1 v , -X 值均Ez 0.001 190 19 2.334411 62 x; X(V) =.!.二L一，直( B. l ) 表B.3两个输出信号的实验标准偏差实验标准偏差s/VE 1 I Ez 0.000 303 48 I 0.000 213 381 州=jiT丁(X;-

7、X)2.(B.2) vn-1 i= 表B.4两个输出信号的标准不确定度标准不确定度u/VE1 E2 0.00009597 0.00006748 12 U(V) =毛n G8/T 31527-2015月EC61788-6 :2011 .( B.3 ) 襄8.5两个输出信号的变化系鼓变化系数COV/%El Ez 25.4982 0.0091 cov=二LHUM-HH-HHH.(B.4 ) X 两个引伸计偏差的标准不确定度非常相近，而两组数据的变化系数cov相差将近2800倍。这显示了使用标准不确定度的优势z不确定度不依赖于平均值。B.4 TC 90标准不确定度评定范例测量的观测值往往不能精确地与被

8、测物理量的真实值相符。观测值被当作是对真实值的一种估测。测量的不确定度是测量误差的组成部分并且是任何测量都存在的固有性质。因此，结果的不确定度表示的是对测量程序逐步认知的计量学量。所有物理测量的结果都包含两个部分z估算值和不确定度oGUM是测量过程的一个简明的、标准化的指南文件。用户可以尝试用一个最佳估算值加上不确定度来表述真实值。如A类不确定度评定(在同一实验条件下反复测量，呈高斯分布)和B类不确定度评定利用以往的实验结果，文献的数据，厂商说明等，呈均句分布)。下面举例说明用GUM进行不确定度分析的过程za) 首先，用户应推导出一个数学测量模型，即将被测量表示成所有输入量的函数，举个简单例子

9、，拉力实验中载荷传感器测量拉力的不确定度z拉力(作为被测物理量)=w(预期的标重)+dw(厂商的数据)+dR(反复测量标重/天)+dRe(不同日期测量的可再现性)这里，输入量有z不同天平称量的标重(A类)，厂商的数据(B类)，用数字电子系统反复测量的结果(B类)，不同日期测量最终数值的可再现性(B类。b) 用户应给每个输人值指定一个分布方式(如:A类测量用高斯分布，B类测量用均句分布。c) A类测量标准不确定度评定UA=二n 式中，5一一实验标准偏差，n一一测量数据点总数.d) B类测量标准不确定度评定UB=! d+. 式中，dw一一均句分布数值的范围。e) 用下式计算各种标准不确定度的合成标

10、准不确定度zuc=M丰ut在这种情况下，假定各输入量之间没有关联。如果说方程包含乘积项或商项，合成标准不确定度则使用偏导数评定，由于灵敏系数的存在，其间关系就变得纷繁复杂fs，71.13 GB/T 31527-2015/IEC 61788-6 :2011 14 。可作为选择一一渺及到的被测量的合成标准不确定度的评定可以乘以一个包含因子(如.1对应于68%;2对应于95%;3对应于99%).以提高被测量落于期望区间的榄率.g) 报告结果表示威被测量的估计值加减扩展不确定度且附上测量单位。至少，还得说明计算的扩展不确定度使用的包含因子和估算结果的覆盖率。为方便计算和标准化程序，使用合适的经认证的商

11、业软件是降低常规工作量的直接方法8.9。尤其，当使用这样一类软件工具时，指定的偏导数可以很容易的获得。更多关于测量不确定度指南的文献见5.10.11J。GB/T 31527-20 15/IEC 61788-6 :2011 附景C(资料性附录力学试验相关范例这些范例阐述了不确定度评定技术团引人这些例子并非意味着用户为了遵循本标准应完成类似的不确定度分析，然而，用户需要判定每个独立影响量(负载、位移、线径和标距)的不确定度评定部分以确定是否满足标准中规定的不确定度限制。这两个例子并不完全详尽。他们不包含所有可能的误差因素，例如摩擦、线的弯曲/直度、绝缘层去隙，央头的错位和应变速率。这些额外因素有的

12、可以忽略，有的不可以忽略。C.l 弹性模量不确定度图C.1给出了NbTi矩形线(1.45mmXO.97 mm)的应力-应变原始数据.这些测量是在1999年国际循环比对试验时进行的。图C.1a)表示线材加载到大约2%应变时卸载，固C.1b)表示初始加载到50 MPa的数据点和这些数据的拟合线。该趋势线计算的斜率是101531 MPa(由于横坐标单位是百分比斜率放大了100倍).平方修正系数为0.99901 0 40 1 60 600 4 300 、 200 nu , 皇HR倒。.0 O. 5 1. 0 1. 5 2. 0 2. 5 应变/%0 0.000 0.020 0.040 应变/%0.06

13、0 。 图C.1a)表示矩形截丽NbTi超导线的应力-应变测量曲线.因C.1b)表示初始部分曲线并进行回归分析以确定弹性摸量.线斜率应乘100转化成百分应变，弹性模蠢的单位为MPa.固C.1矩形横蘸面NbTi缉的应力应变测量曲线和曲缉的韧始部分线材弹性模量的标准不确定度的估算可按照以下方式进行。确定力学加载中弹性模量是六个变量的画数E = !(P ,L ,W , T .LG ,b) 每个变量有其特定的不确定度贡献。公式为P. LG E=_.- -_. +b W.T. L . ( C.1 ) ( C.2 ) 式中zE一一弹性模量，单位为兆帕(MPa), P -一一载荷，单位为牛顿(N), 叫，一

14、一选定加载部分零偏置区的引伸计长度偏移，单位为毫米(mm);W一一超导线的宽度，单位为毫米(mm);15 GB/T 31527-20 15/IEC 61788-6:2011 T一一超导线厚度，单位为毫米(mm);LG一一加载开始时引伸计长度，单位为毫米(mm);b 一一试验获得弹性模量的估算偏差，单位为兆帕(MPa)。对于标准不确定度的计算，实际试验值是必要的。使用圄C.1b)中数据值可估算引伸计长度偏差。此处，选择50MPa应力，通过使用图C.1b)给出的弹性模量计算值，L的值可使用式(3)获得式中ze=4.9246X lO-4; L =7.389 16X10-4 mm; =50 MPa;

15、LG=15 mm; W= 1. 45 mm; T=0.97 mm. 式(C.3)中，为应变，为应力，另外，力P以P=70.325N计算。e=EAL= LG .( C.3 ) p=.W.T .( C.4 ) 圆线情况下，用线径D代替W和T.因此，应由D2/4代替式(2)和式(4)中的W.T. C.2 灵敏度票数评定式巳2)的合成标准不确定度为EIlaE飞z . I aE Z . I aE飞Z . laE Z . IE 2 . laE z c=l-i z41+ -i ui十卜-lui+i-iui+ 1 U + I一1U: .( C.5 ) , ap I -. . atJ.L 1 -. . aW I

16、 -. . aT I飞aLGI-. , a，曲式中u;(i=1，2，6)的估算在随后的C.3中给出，偏微分项称为灵敏度系数。灵敏度系数C;在每个导数中代替试验值，可按照式(C.6)-式巳10)计算za I LG P LG 对于Cl:C1 =一;:;IF-:- .1=. -:;U oT 1.444X103 mm P飞W.T.L1W.T. L a I LG P LG P 对于Cz:C2=:T IF- -.1= .-: -.d -1.374X107N.mm-3 aL飞W.T.LJW.To L Z I LG P LG P 对于C3:C3 =一-il=一=-7.002X104 N. mm 3 :L3-a

17、W飞W.T.LJ-WZ.T. L I LG P L G .P民对于C，:c4=-:I.-u -.1=一=-1.047X105 N. mm-3 aT飞W T L J W T2 L a I LG P P 对于CSI CS =一一;-I.-:, -. 1 =. .:. . T =6 769X103 N. mm-3 51 LS-aLG飞W.T.L1W.T. L 由式(C.2)对变量b的微分可知，灵敏度系数C6是1.使用上述灵敏度系数，合成标准不确定度Uc最终由式(C.1D给出z.( C.6 ) . . . ( C.7 ) ( C.8 ) .( C.9 ) .( C.10 ) Uc =.j(C1)2 (

18、U1)2 + (C2)2 (U2)2十(C3)Z (U3)2十(C4)2.(U4)2 + (CS)2 (U5)2 + (Ce)Z-. (u J2 .( C. l1 ) 式中每个敏感度系数的平方乘公式(巳2)中给出的各变量的标准不确定度的平方。GB/T 31527-2015/IEC 61788-6 :2011 C.3 每个变量的合成标准不确定度式(C.11)中标准不确定度Ui是力(P)，偏移长度(AL)，线宽(W)，线厚(T)和标距(LG)的合成标准不确定度.在本章中，每个合成标准不确定度按照可获得的数据估算。力(P)的合成标准不确定度U1是由A类和B类统计分布组成。通常，力由商用载荷传感器测量

19、。然而，大多数载荷传感器生产商并不会在他们的规范中给出不确定度的信息。给出的精度及从数据单中获得的其他信息，在确定合成标准不确定度U1之前应首先转化为标准不确定度。典型地这些生产商规范应视为误差矩形分布的极限.矩形分布的标准不确定度为该极限除以. ./3。获得图C.1测量结果的载荷传感器的信息见表C.1o表C.1揭露生产商鼓据单中的载荷传感器规范程量棒的时感N-MU传5荷载精确度等级拉力/压力/%零点混度系数S/(%/K) 灵敏度温度系数S/(%/K) 30 min蠕变S/% 0.25 0.25 0.07 0.07 按照此规范，合成之前数据应转化为标准不确定度值。这些数据按照B类不确定度处理.

20、认为10 .C.30 .C(AT=20 .C)温度范围为允许试验室条件.变量如下z精确度等级IT也.=0.25%零度的温度系数:T晶。=(0.25X20)%灵敏度温度系数zT击kns二(0.07X20)% 30 min蠕变:T睛p=0.07%式(C.12)规定了加载测量并包含了图C.l中的四个误差源:p =Up + Tclass十Tc。品ro+ T CoefS叫+T口呻、，nL i c ，、. . . . . . . . . . 式中:Up为加载真值。规范的百分数基于从应力-应变曲线上获得测量值P=70.325N转化为加载单元。试验结果转化为标准不确定度，假设为矩形分布，所以载荷传感器的合成标

21、准不确定度为z(内T飞2J;ff(T飞;: ;r俨豆臼丽主苟飞5斗)户z+寸飞;二;:;?;F俨7豆U苟2叮Z.( C.13 ) U1 = U1 =2.11 N . . . . . . . . . ( C.14 ) 表C.2和表C.5汇总了位移、线宽、线厚和标距的不确定度计算。这些计算与前面力的阐述相似。囊C.2位移测量不确定度位移/mmA类高斯分布从图C山获得的数据点的A类分布蠕变和噪音贡献UA =s/ .;I82 mm 按照附录B.3uA=sN 2V=lmm (0.0003 V/2)/ ffi mm 7.389 16 X 10-3 0.00005 0.00000482 U2= J0.000

22、 052 +0.000 004 822 =0.000 05 mm 17 GB/T 31527-2015月EC61788-6:20门表C.3线宽测量不确定度线宽/mmA类高斯分布矩形分布半宽用千分尺5次重复测量按照生产商数据单精度+/-4mUA =s/./ UB=dw/.f3 mm (0.001 3)/./5 mm 1.45 0.00058 0.0023 U3 = ;0.000 582 +0.002 32 =0.002 3 mm 表C.4结厚测量不确定度线厚/mmA类高斯分布矩形分布半宽用千分尺5次重复测量按照生产商数据单精度+/-4mUA =s/./ uB=dw/.f3 mm (0.001 1

23、)/./5 mm 0.97 0.00049 0.0023 U4 = ;0.000 492 +0.002 32 = 0.002 3 mm 测量引伸计标距，使用分辨率为20m的立体显微镜。表C.5标距测量不确定度标距/mmA类高斯分布矩形分布半宽用千分尺5次重复测量按照生产商数据单精度+/-20mUA =s/./ UB=dw/.f3 mm (0.002) /./5 mm 12 9XI0斗0.011 的=;0.000 92 +0.001 1 = 0.011 mm 最终估算了图C.1的应力的测量值与计算移值(t).L=0.007 389 1 给出的应力-应变曲线拟合斜率的不确定度。从图C.1b)使用趋

24、势线等式得到值差的最大半宽为+/一0.528MPa。使用该值和标距(LG=15mm)，引伸计偏mm)，弹性模量的B类标准不确定度可被估算，重新整理式(C.3)可得到简单公式(C.15)I 图C.1b)中弹性模:考虑到式(C.16)的结果Uc =;(1.444 X 103)2 (-1.047 X 105)2 18 =E F:; E=羞.( C.15 ) B类测量不确定度为z0.528 MPa 15 mm UB .- . .- .:_ = 619 MPa . ( C.16 ) 0.007 389 16 mm .;百并使用式巳11)中的5个变量的灵敏度系数，最终合成标准不确定度为z2.11)2 +

25、(-1.374 X 107泸(0.00005泸+(一7.002X 104)2 (0.002 3)2 + (0.002 3严+(6.769 X 103)2 (0.011泸+(1 )2 (619泸. ( C.17 ) GB/T 31527-2015/IEC 61788-6 :2011 、，、，n6nud 噜i咱icc ，、，、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Uc =972 MPa E=101 GPa士1GPa 或规定塑性延伸强度R酬的不确定度规定塑性延伸强度R川应由零偏置弹性模量线浩横坐标平移到0.2%应变位置，并

26、计算该线与原始应力-应变曲线的交点得到。如果拟合的弹性模量线的坐标原点非零，那么该点与零的偏移也应考虑。图C.1b)的回归方程式应有一个z轴的偏移z0.35248 零应力的应变偏移=u=3.471 104% 1 015.306 2 这样，沿横坐标偏移的位置不是准确的0.20000%，而是0.235%。表6显示了使用回归线进行的应力计算考虑和不考虑式C.18)的不确定度计算J.、，nu 吨，-pu ，、. . . . . . . . . C.4 使用圄C.1b)中确定的零偏移回归结计算在0%和0.1%应蛮的应力描述%应变的不确定度贡献的=0%应变的应力e=O.l%应变的应力回归线公式MPa MP

27、a 弹性模量葛编1 015.306 f: 0.3525 0.353 101.2 弹性模量+0.91GPa 1 025.026 E-0.352 5. -0.353 102.2 不确定皮贡献(上线弹性模量一0.97GPa 1005.586 e-O.部25 -0.353 100.2 不确定度贡献下线襄C.60.48 户1005. 1ix-201. 81 上线0.46 应变/%。.4428由240 0.42 270 260 250 皇RRM啕0.6 。.20.4 应变1%300 15 、21 50 250 200 b) a) 0.2%偏蒂固归结，原始应力应变曲缉和应力应变数据图C.2a)显示了0.2%

28、偏移的回归线和相对于基线加减不确定度贡献的两条线。四个必要的点构建这三条线，一个共同点在零应力，在0.1%应变三个计算应力值见表C.6，然而，相应的应变值需偏移0.2%。兰线与原始数据相交区域附近的原始应力-应变曲线也描绘在图C.2a)中。圈C.2b)在放大视图上显示了应力-应变曲线的原始数据和按照表C.6计算的偏移线。应力-应变公式的线性回归方程也在图C.2b)中显示。在表C.6中0%和0.1%应变对应的应力是任意选择的两个不同点以确定图C.2中的偏移线。从圈C.2GB/T 31527-2015/IEC 61788-6:2011 方程式描述应力-应变曲线线性部分见图C.2a)弹性模量基线偏移

29、弹性模量+0.97GPa不确定度贡献(上线)弹性模量-0.97GPa不确定度贡献下线a z应变，%y应力，MPa.用表C.7的方程计算三个交点，确定这些点的应力。司度的报告值是第一条线零偏移与应力-应变曲线交点的H性延伸强度的估算误差界.估算误差界基于弹性摸量斜率表C.8三条偏移辑与应力应变曲割描述交点处应力-应变计算的等式组交偏移基线( - 203.8-114.5) / (316.5-1 015.5) 均值316.5 0.455 365+ 114.5 (-201.8一114.5)/ (316.5一1005.5) 偏移上线316.5 0.459 071 +114.5 (-205.8 -114.

30、5) / (316.5 -1 025.5) 偏移下线316.5 0.451 763+ 114.5 规定塑性延伸强度的标准不确定度是B类测定，可用武B类不确定度259.8-257.5 0.6 UB= 2./3 图C.2b)显示的原始数据点分散也应在最终不确定度调应变测量数据。另外，表C.9的第3列给出置信区间数据线值与计算值的差异。表C.9测得的应力应变数据和基于置信区应变应力按照回% MPa 0.4494 257.25 0.4485 256.52 0.4507 257.47 0.4505 256.80 0.4530 258.09 20 式(C.19)中获得的偏移值加上0%和1%应变对应的值.表

31、C.7列出了图C.2b)确定的偏移e线后的线性回归方程。应变曲线的键性回归方程线性回归方程。-oa-。5-EE -v-吨。-1-Fhuaa-nu-AU-nu 喻，-04-2-041叫一-一一一f-z-z-z - .-5-5-5 5- idv-zd-zd-Ed au-A-nu-。，A-nu-nu-nu 也-1-1-1户-z-z-Zl-y-y-y C.8显示计算和交点值，规定塑性延伸强力值。剩余两个交点的应力值代表规定塑的不确定度式(C.18)J. 主点的应力应变计算点处应变/%交点处应力/MPa0.455365 258.6 0.459071 259.8 0.451 763 257.5 (C.21

32、)估算z64 MPa . .( C.21 ) 定时考虑。表C.9显示固C.2b)中的应力性拟合的计算应力.最后，第4列显示测量间键性数据拟合计算的应力归方程计算的应力MPa 计算值和观察值差异MPa 256.76 256.46 257.15 257.09 257.90 0.4896 0.0603 0.3203 -0.2896 0.193 3 GB/T 31527-2015/IEC 61788-6:2011 囊C.9(续)应变应力按照回归方程计算的应力计算值和观察值差异% MPa MPa MPa 0.452 1 257.38 257.60 -0.2224 0.454 6 258.86 258.4

33、0 0.463 2 0.4544 258.08 258.33 一0.25040.4561 259.07 258.87 0.2047 0.455 9 258.27 258.82 一0.55100.4580 259.60 259.48 0.123 8 0.457 8 259.04 259.40 一0.35700.4600 260.40 260.11 0.2876 0.4594 259.52 259.91 一0.39300.4623 260.91 260.84 0.0696 0.4617 259.85 260.66 一0.80680.464 4 261.88 261.49 0.3876 0.463

34、3 260.87 261.15 一0.28370.466 1 262.63 262.03 0.6027 0.4651 26 1.36 261.72 一0.36030.4680 263.12 262.63 0.491 3 0.467 3 261.90 262.40 一0.50400.4699 263.53 263.23 0.303 1 从表C.9第4列获得应力的计算值和测量值极差为=一0.8068MPa和+0.602 7 MPa .( C.22 ) 极差代表随机误差的观察极限，用式(C.23)转化为标准不确定度0.6027一(-0.8068) B类不确定度:UB= -.-_. -.- -, 0.

35、813 8 MPa . .叫C.23) 2.J3 规定塑性延伸强度的合成标准不确定度z合成不确定度IU凯c=;0.8138铲2+0.664俨2=1.0臼5MPa . . . . . . . . . . . . 叫C.24) 最终，规定塑性延伸强度结果为E规定塑性延伸强度:R pO.2 =258.6 MPa士1.05MPa .( C.25 ) 21 GB/T 31527-20 15/IEC 61788-6 :2011 参考文献1 SHIMADA, M. , HOJO, M. , MORIAI, H. and OSAMURA.K.J pn. Cryogenic Eng, 1998 ,33 , p.

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