主题：【求助】纺织品 断裂强力不确定度计算规程

条样法测定机织物断裂强力不确定度评定实例
J.1概述
本例主要研究机织物抗拉强力破坏性测试结果不确定度的评定。机织物强力的测定方法有别于其它力学性能的测试。常规的力学性能测试是以“强度”为结果，强度是有严格定义的可比较的物理量。而机织物强力测试是经验方法，方法中规定了试样宽度和其它测试条件以及输入量的条件，输出量是“强力”。该例只有一个被定义的输入量，是一个很特殊的“力学”范例。
J.1.1测试原理：
规定尺寸的试样以恒定速率被拉伸，直至断脱，记录断裂峰值。
J.1.2测定过程及控制
实验室样品按GB/T 6529标准规定条件下预调湿和调湿；按GB/T 3923.1-2013标准附录B剪取试验试样，并拆除边缘纤维，至测试试样宽度为50mm；调试CRE(等速伸长)强力仪，对于断裂伸长率小于或等于75％的织物，隔距长度设置为（200?1）mm，拉伸速度为100mm/min；夹持试样尽量使夹口线与拉力线垂直；拉伸到断裂，记录拉力峰值；重复上述过程直至拉断5条正常断裂的试样，计算平均值，修约。详见图J.1。
图J.1 检验流程示意图
J.2建立测量模型：
yyYΔ =
J.3不确定度主要来源及其分析
因为本方法是经验方法，测试结果是在规定的条件下产生的，但因为方法规定需要控制的诸多因素中，有的因素难以控制到规定的状态。比如试样宽度，夹持方式等，因此偏离或达不到方法要求的因素仍会导致测试结果的不确定度。不确定度的来源还应考虑试样的代表性，强力机示值的准确性等，详见图J.2
实验室样品
预调湿
调试
制试验试样
调机
拉伸至断脱
记录
计算修约
夹持
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发布日期：2015 年 1 月 26 日
J.3.1随机效应导致的不确定度()[]yu
J.3.1.1试样的代表性：以下因素的分散性均构成试样间强力测试结果的差异：
——纱线的细度，均匀度，捻度；
——织物的密度，成份，组织结构。
因为织物的强力测定是破坏性的，其样本量受经济因素的限制，方法只能规定适当的样本量，因此试样的代表性所导致的不确定度将是该例的主要不确定度来源。
J.3.1.2 偏离方法要求的因素导致的不确定度：
——试样宽度：标准要求试样宽为50mm，而在实际操作中织物中的纱线是以根为单位的，试样宽度只能以单根纱线直径的整数倍增大或减小，因此当试样宽度多于或少于不足一根纱线直径时，就导致了试样宽度不准，而试样宽度与强力成正比。
——调湿偏差:某些织物如麻织物、粘胶织物，强力与湿度密切相关，由于调湿时间或湿度的波动将导致强力值的波动。
——拉伸速度均匀性：拉伸速度不均匀将导致强力仪模量转换失真；
——态不理想：按GB/T 3923.1-2013标准的要求，夹口线应与拉伸线垂直，但在实际操作时难以控制到理想状态，由此导致了按投影分布的测量不确定度分量。
J.3.2 仪器示值的准确性导致的不确定度()[]yuΔ
这主要是由于仪器跟踪应力的灵敏度和模量转换(包括数字修约)的准确性导致自动显示终端的示值误差。
J.4评定并计算各分量标准不确定度
图J.2所示，机织物拉伸强力的不确定度来源有4部分，其中仪器示值偏差和修约是系统效应导致的不确定度，而试样的代表性和偏离方法的因素导致的不确定度同
夹持状态不理想
时间
拉伸均匀性
细度
织物组织结
织物密度
偏离方法因素
捻度
调湿
试样代表
温度
修约
试样宽度偏差
湿度
模量转换
织物成份
均匀度
织物中纱线
强力（N）
仪器示值偏差
重复性
图J.2 机织物拉伸强力不确定度来源分析图
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属随机效应，可以综合在一起评定其对强力不确定度的贡献。
J.4.1随机效应导致的不确定度
导致随机效应的因素可分为：样本本身的随机因素，测量过程的随机因素两部分，这些随机因素综合在一起影响强力的测试结果，而强力测试属于破坏性不可“重复”测试，因此不能对本文J.1.2规定的控制条件进行一一控制分析，尤其是样本本身的随机因素不在测试程序控制范围内。因此，实验室设计实验方案：对同一样本在不同日期，不同人员在统计状态（1.2测定条件）下进行重复性测试，测试结果详见表J.1。
表J.1 重复性测试结果原始数据一览表
单位：N
测试次数
试验结果yij
1
987
916
940
999
946
2
981
903
907
892
925
3
944
923
974
925
958
4
964
909
1000
936
958
该系列的结果包括了各种随机因素所产生的测量不确定度，对该系列测试结果进行组内分散性与组间分散性的方差分析，详见表J.2。
表J.2 测试结果差异源方差分析表
方差分析：单因素方差分析
差异源
SS
Df
MS
F
P-value
Fcrit
组间
3876.15
3
1292.05
1.27591
0.316314
3.238867
组内
16202.4
16
1012.65
总计
20078.55
19
表J.2中F<Fcrit，说明组间差异不明显，即强力测试结果的分散性主要来源于样本本身，与测试条件因素变化关系不显著。强力测试结果与样本本身哪些因素相关？相关程度如何？为此设计了验证方案：对每个即将测试强力的样品进行了密度及单位面积质量的测定，结果详见表J.3。
表 J.3 验证数据及统计结果
样品名称
列1
列2
列3
列4
单位面积
质量（g/m2）
密度
（根/10cm）
质量*密度
强力（N）
羊毛织物
124
199.8
24775
202
124
184.4
22866
183
粘胶织物
131
292.3
38291
415
131
211.0
27641
397
涤纶织物
115
373.0
42895
824
115
259.7
29866
723
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亚麻织物
158
259.3
40969
623
158
196.0
30968
461
棉牛仔布
460
300.0
138000
1598
460
170.0
78200
760
相关分析结果
列 1
列 2
列 3
列 4
列 1
1
列 2
-0.10917
1
列 3
0.897706
0.2585
1
列 4
0.712642
0.516253
0.909184
1
对表J.3的统计分析表明：织物强力值与成份及单项质量指标无关；与织物密度与单位面积质量的乘积显著相关，相关系数为0.9092，进一步说明强力测试结果的随机性主要来源于样本内在特质的分散性。即取不同的试样，测试结果存在显著差异。因此，取样成为测量程序的重要部分，被观测值不具有独立性。所以，我们不能应用长期累积的测试结果统计的联合方差来预测某一被测量结果的不确定度。也就是说，任何新样品重复性测试结果的不确定度都需要另行计算重复性标准差，而没有经验值可套用。这种情况采用实验标准差作为结果的重复性标准差较为简便和妥当。
我们以3个样品在1.2条件下各测5个试样的结果为例，评定其实验标准差，详见表J.4。
表J.4 3?5的测试结果一览表
单位N
次数
试样
断裂强力yij
平均
1
2
3
4
5
1#
762
754
740
737
729
744
2#
769
792
762
764
825
782
3#
790
744
761
788
779
772
总平均
766
式中：
nmyminjij?=ΣΣ==11y
实验标准差：()211()25.3N(1)mnijijijyysymn==?==?ΣΣ
报告测试结果为最佳估计值y=766N时，其标准差，即随机效应所产生的标准不
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确定度：
()()()25.3N6.54N15ijsyuysymn====?
J.4.2系统效应导致的不确定度
J.4.2.1计算结果修约导致的不确定度的评定
按GB/T 3923.1-2013标准11规定，报告应为断裂强力的平均值；按标准10.1规定，计算结果大于100N且小于1000N时修约到10N。
本例平均值：=766N770Ny≈,计算平均值修约值的半宽区间5Na=,按均匀分布就算修约导致的不确定度:
()5N==2.89N3u修约
J.4.2.2 INSTRON校准规范规定：示值大于18N时，示值相对误差极限为?0.5%，可认为示值出现在?0.5%范围内的任何处都是等概率的，而落于该范围外的概率基本为零。即是矩形分布，3=k 实验室只要使用合格的INSTRON拉力试验机，最大示值误差导致的相对不确定度：()0.005==0.002893relu示值， 最佳估计值y=770N的校准不确定度()0.00289770N2.22Nu=?=示值。
由于修约导致的不确定度分量可以忽略不计，所以系统效应导致的不确定度：()()()()()2222 =2.89N 2.22N=3.64NuyuuΔ=修约示值
J.5合成不确定度
随机效应导致的标准不确定度，仪器示值导致的标准不确定度，以及计算平均值后修约导致的不确定度均来自测量不同系统或步骤，各分量彼此独立互不相关，因此
()()2222()()6.54N3.64N7.48NCUuyuy= Δ= =
J.6扩展不确定度
按国际惯例，k取2 27.48N14.96N20NCUkU=?=?=≈
(依据JJF 1059.1-2012 5.3.8.2,本例修约取进位的方法)
本例报告强力平均值扩展不确定度770N,20N,2yUk===。
J.7应用说明
J.7.1用于合格判定：服饰用纺织品对强力的要求不高(一般大于200N)，一般织物均能满足要求。而土工布、帘子布、帆布、玻璃纤维等用于建筑、航天等特殊领域的机织物，强力指标成为供求双方关注的焦点，测试结果的合格判定成为测试报告的最重要内容，如果报告结果属于图J.3情况之一，建议报告如表J.5。
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表J.5 对合格判定部分处理的建议
情况
结 论
A
该结果不符合标准（或合约）要求。
D E F
该结果符合标准（或合约）要求。
B C
测结果测试结果yy=，扩展不确定度为U，k=2或3， 测试结果接近合格临界值，在不确定度范围内，不能判定其是否合格，建议增加样本量重新测试。
参考文献：
[1] EURACHEM/CITAC GUIDE。
[2] GB/T 3923.1-2013《纺织品织物拉伸性能 第一部分：断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》。
U
U