分享：統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)在金屬材料室溫拉伸試驗(yàn) 質(zhì)量控制中的應(yīng)用
摘 要:簡單分析了影響金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果的因素,闡述了質(zhì)量控制在理化檢驗(yàn)中的作用,介紹了質(zhì)量控制的常用方法和統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)的常用數(shù)據(jù)分析方法.通過質(zhì)量控制應(yīng)用實(shí)例,采用基于格拉布斯(Grubbs)檢驗(yàn)法、F 檢驗(yàn)法、T 檢驗(yàn)法的統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法,對金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法及檢驗(yàn)過程進(jìn)行了離群數(shù)據(jù)判定、等精度測量判定、數(shù)據(jù)一致性判定等詳細(xì)的質(zhì)控分析.結(jié)果表明:金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法及檢驗(yàn)過程在有效控制范圍內(nèi),試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠,符合日常檢驗(yàn)要求.
關(guān)鍵詞:金屬材料;拉伸試驗(yàn);統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn);質(zhì)量控制
中圖分類號:TG１１５．＋５２ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０１７)０８Ｇ０５５３Ｇ０４
收稿日期:２０１７Ｇ０６Ｇ０９
作者簡介:魏源(１９８３－),男,碩士,主要從事金屬材料理化檢
驗(yàn)和相關(guān)技術(shù)研究,４６９３４３３３＠qq．com
ApplicationofStatisticalHypothesisTestinginQualityControlon
TensileTestingofMetallicMaterialsatRoomTemperature
WEIYuan
(LongyanInstituteofQualityInspectionforProducts,Longyan３６４０００,China)
Abstract:Factorsaffectingtensiletestresultsofmetallicmaterialsatroomtemperaturewerebrieflyanalyzed．Theroleofqualitycontrolinphysicalandchemicalinspectionwasdescribed,andthecommonmethodsonqualitycontrolandthedataanalysismethodsonstatisticalhypothesistestwereintroduced．Throughtheapplicationexamples,thequalitycontrolofthedeterminationofoutlierdata,equalprecisionmeasurementanddataconsistencyontensiletestingofmetallicmaterialsatroomtemperaturewasanalyzedindetail,basedonGrubbstest,FＧtestandTＧtest．Theresultsshowthatthetensiletestmethodandprocessofmetallicmaterialsatroomtemperaturearewithinthescopeofeffectivecontrol,andthetestresultsareaccurateandreliable,andcanmeettherequirementsofdailyinspection．
Keywords:metallicmaterial;tensiletesting;statisticalhypothesistesting;qualitycontrol
金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)方法是檢測和評定金屬產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段之一,其中拉伸試驗(yàn)是應(yīng)用最廣泛的力學(xué)性能試驗(yàn)方法,廣泛應(yīng)用于棒、板、帶、管、型和絲材等冶金產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)及評估.拉伸性能指標(biāo)是金屬材料研制、生產(chǎn)和檢驗(yàn)最主要的測試項(xiàng)目之一,拉伸試驗(yàn)過程中的各項(xiàng)強(qiáng)度和塑性性能指標(biāo)是反映金屬材料力學(xué)性能的重要參數(shù)[１].
根據(jù)長期的工作經(jīng)驗(yàn),筆者認(rèn)為影響金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果的因素主要有以下幾個方面:
①人員,即檢驗(yàn)人員日常操作的規(guī)范性及數(shù)據(jù)傳遞的準(zhǔn)確性,比如試樣尺寸的測量、試樣橫截面積的測量、標(biāo)距的測量等;②設(shè)備,即試驗(yàn)設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性及準(zhǔn)確性,比如試驗(yàn)機(jī)和引伸計(jì)的準(zhǔn)確度、試驗(yàn)機(jī)的加載同軸度、試驗(yàn)機(jī)的夾具夾持等;③試樣,即取樣和制樣的正確性,比如取樣方法、取樣方向、取樣部位、試樣形狀和尺寸、加工精度等;④方法,即試驗(yàn)方法的正確選擇,比如正確的夾持方法、合理的拉伸速率、適宜的測控模式等;⑤環(huán)境,即環(huán)境條件的穩(wěn)定性,比如試驗(yàn)溫度的控制等[２Ｇ５].
因此,在日常檢驗(yàn)過程中,除了需要定期對儀器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)、按檢定規(guī)程要求進(jìn)行定期校準(zhǔn)/檢定５５３魏源:統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)在金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)質(zhì)量控制中的應(yīng)用外,還應(yīng)采用多種方式對拉伸試驗(yàn)方法及檢驗(yàn)過程進(jìn)行質(zhì)量控制,以保證檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確可靠.筆者通過質(zhì)量控制應(yīng)用實(shí)例,詳細(xì)闡述了如何應(yīng)用統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)對金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)進(jìn)行質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)分析,以達(dá)到更加科學(xué)、合理、準(zhǔn)確地評價(jià)檢驗(yàn)過程的目的,為相關(guān)人員提供參考.
１ 質(zhì)量控制
質(zhì)量控制是指利用現(xiàn)代科學(xué)管理的方法和技術(shù)分析試驗(yàn)過程中的誤差,控制與分析有關(guān)的各個環(huán)節(jié),確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確可靠.質(zhì)量控制的目的是把分析測試的誤差控制在允許的范圍內(nèi),保證分析的精密度和準(zhǔn)確度,使分析數(shù)據(jù)在給定的置信水平內(nèi)有把握達(dá)到要求的質(zhì)量.
內(nèi)部質(zhì)量控制常用的方法主要有:平行樣測定、空白測定、使用標(biāo)準(zhǔn)曲線、加標(biāo)回收率試驗(yàn)、使用質(zhì)量控制圖、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)比對試驗(yàn)、對存留試樣再檢測、測量不確定度評定等. 常用的數(shù)據(jù)分析方法主要有:穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等[６Ｇ９].
２ 統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)
統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)是數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)中根據(jù)一定假設(shè)條件由樣本推斷總體的一種方法.根據(jù)問題的需要對
所研究的總體作某種假設(shè),選取合適的統(tǒng)計(jì)量,由實(shí)測樣本計(jì)算出統(tǒng)計(jì)量值,并根據(jù)預(yù)先給定的顯著性水平進(jìn)行檢驗(yàn),來判斷樣本與樣本、樣本與總體的差異的統(tǒng)計(jì)推斷方法[１０].
常用的統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)方法有:奈爾(Nair)檢驗(yàn)法、狄克遜(Dixon)檢驗(yàn)法、格拉布斯(Grubbs)檢驗(yàn)法、U 檢驗(yàn)法、Z 檢驗(yàn)法、T 檢驗(yàn)法、χ２ 檢驗(yàn)法、F 檢驗(yàn)法等.筆者應(yīng)用Grubbs檢驗(yàn)法、F 檢驗(yàn)法以及T 檢驗(yàn)法,對金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)過程進(jìn)行了詳細(xì)的質(zhì)控分析[１１].
３ 質(zhì)量控制應(yīng)用實(shí)例
３．１ 試驗(yàn)方法與結(jié)果
采用人員比對方式對金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)過程進(jìn)行質(zhì)量控制分析,確保試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠.在相同的試驗(yàn)環(huán)境條件下,兩位試驗(yàn)人員采用相同的試驗(yàn)方法和試驗(yàn)步驟,利用同一臺儀器,對同一批試樣分別進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn).試驗(yàn)結(jié)果采用統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)方法進(jìn)行分析,首先利用Grubbs檢驗(yàn)法進(jìn)行離群數(shù)據(jù)判定,然后利用F 檢驗(yàn)法進(jìn)行等精度測量判定,最后利用T 檢驗(yàn)法進(jìn)行數(shù)據(jù)一致性判定.
３．１．１ 試驗(yàn)?zāi)康?/b>
試驗(yàn)?zāi)康臑閷饘俨牧鲜覝乩煸囼?yàn)進(jìn)行質(zhì)量控制.
３．１．２ 試驗(yàn)方法
依據(jù)GB/T２２８．１－２０１０«金屬材料拉伸試驗(yàn)第１部分:室溫試驗(yàn)方法»[１２]進(jìn)行拉伸試驗(yàn).
３．１．３ 試驗(yàn)試樣
試驗(yàn)試樣取自同一爐號、同一批次,并按GB/T１４９９．２－２００７«鋼筋混凝土用鋼第２部分:熱軋帶肋鋼筋»[１３]要求制作的熱軋帶肋鋼筋.試驗(yàn)試樣共兩組,每組１０根,試樣尺寸如下:長度４００ mm,公稱直徑１６ mm,公稱橫截面積
２０１．１mm２,原始標(biāo)距８０mm.
３．１．４ 試驗(yàn)步驟
兩位試驗(yàn)人員分別對１０根熱軋帶肋鋼筋試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn),并記錄試驗(yàn)結(jié)果(抗拉強(qiáng)度Rm、下屈服強(qiáng)度ReL、斷后伸長率A８０mm).在試驗(yàn)過程中,除了按照操作規(guī)程要求采用相同的操作步驟外,均采用GB/T２２８．１－２０１０中的方法B 進(jìn)行試驗(yàn)控制,并且為避免試驗(yàn)速率對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響,以便獲得良好的比對數(shù)據(jù),對本次使用的WAWＧ１０００型電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī),在彈性階段和屈服階段均采用３ mm??min－１ 的位移速率,屈服之后均采用１０mm??min－１的位移速率.
３．１．５ 試驗(yàn)環(huán)境
試驗(yàn)環(huán)境溫度為(２３±５)℃,濕度為４０％~７０％.
３．１．６ 試驗(yàn)儀器
采用WAWＧ１０００型電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn),其基本參數(shù)如下:最大試驗(yàn)力為１０００kN;示值準(zhǔn)確度等級為０．５級;試驗(yàn)力測試量程為滿量程的１％~１００％;變形測量范圍為滿量程的１％~１００％;試驗(yàn)力加載速率范圍為滿量程的(０．０２％ ~２％)s－１;圓試樣夾持范圍為?１５~６０mm;扁試樣夾持范圍為２~４０mm.
３．１．７ 試驗(yàn)結(jié)果
兩位試驗(yàn)人員對熱軋帶肋鋼筋試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)的結(jié)果如表１所示.
３．２ 數(shù)據(jù)分析
３．２．１ Grubbs檢驗(yàn)(離群數(shù)據(jù)判定)采用Grubbs檢驗(yàn)法對同組數(shù)據(jù)是否存在離群數(shù)據(jù)進(jìn)行雙側(cè)情形檢驗(yàn).計(jì)算步驟如下所示,判定結(jié)果如表２所示.
式中:X (n)為該組數(shù)據(jù)經(jīng)有序排列后的最大值;X—為該組數(shù)據(jù)的平均值;S 為該組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差;X (１) 為該組數(shù)據(jù)經(jīng)有序排列后的最小值.
(２)確定檢出水平,取顯著性水平α＝０．０５,查Grubbs 檢驗(yàn)法臨界值表可得:G１－α２(n) ＝２．２９(n ＝１０).
(３)若Gn ＜G′n ＜G１－α２(n)或G′n ＜ Gn ＜G１－α２(n),可判斷該組數(shù)據(jù)不存在離群值.
３．２．２ F 檢驗(yàn)(等精度測量判定)
采用F 檢驗(yàn)法對兩組對比數(shù)據(jù)是否為等精度測量進(jìn)行檢驗(yàn),計(jì)算步驟如下所示,判定結(jié)果如表３所示.
進(jìn)行檢驗(yàn),計(jì)算步驟如下所示,判定結(jié)果如表３所示.
(１)依據(jù)下式計(jì)算出統(tǒng)計(jì)量F
式中:S１ 為兩組對比數(shù)據(jù)的大值標(biāo)準(zhǔn)偏差;S２ 為兩組對比數(shù)據(jù)的小值標(biāo)準(zhǔn)偏差;自由度f１＝n１－１;自由度f２＝n２－１.
(２)取顯著性水平α＝０．０５,查F 分布臨界值表
可得概率p＝０．９５水平下的統(tǒng)計(jì)量:Fp (f１,f２)＝F０．９５(９,９)＝３．１８(f１＝１０－１,f２＝１０－１).(３)若F(f１,f２)＜Fp (f１,f２),可判斷該兩組對比數(shù)據(jù)屬于等精度測量.
３．２．３ T 檢驗(yàn)(數(shù)據(jù)一致性判定)
采用T 檢驗(yàn)法對兩組對比數(shù)據(jù)的一致性進(jìn)行檢驗(yàn),計(jì)算步驟如下所示,判定結(jié)果如表４所示.
(１)依據(jù)下式計(jì)算出統(tǒng)計(jì)量T
式中:X１,X２ 為兩組對比數(shù)據(jù)的平均值;S１,S２ 為兩組對比數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差;Sp 為兩組對比數(shù)據(jù)的合并標(biāo)準(zhǔn)偏差.
(２)取顯著性水平α＝０．０５,自由度f ＝n１ ＋n２－２＝１０＋１０－２＝１８,查T 分布雙側(cè)臨界值表可得:Tα,f ＝T０．０５,１８＝２．１０.
(３)若T ＜Tα,f ,可判斷該兩組對比數(shù)據(jù)結(jié)果一致.
４ 結(jié)束語
應(yīng)用實(shí)例表明,基于統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析方法Grubbs檢驗(yàn)法、F 檢驗(yàn)法、T 檢驗(yàn)法,可用于對金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行離群數(shù)據(jù)判定、等精度測量判定、數(shù)據(jù)一致性判定等質(zhì)控分析,從而保證金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法及檢驗(yàn)過程在有效控制范圍內(nèi),檢驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠,符合日常檢驗(yàn)要求.與其他分析方法比較來看,基于統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)技術(shù)的質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)分析可以更加科學(xué)、合理、準(zhǔn)確地評價(jià)檢驗(yàn)過程,值得相關(guān)技術(shù)人員參考.
（文章來源：材料與測試網(wǎng)）
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