Оценивание неопределенности измерения при испытаниях на растяжение высокопрочных болтов

Цель – разработка методики оценивания неопределенности измерения при испытаниях на растяжение металлов и сплавов. Для разработки данной методики проводились исследования источников неопределенности. Объектом исследований явились высокопрочные болты из стали марки 40Х «Селект», которые подвергали испытаниям на растяжение по методике согласно ГОСТ 1497-85 на универсальной разрывной машине УММ-100. Выявлены основные источники неопределенности измерения относительного удлинения и относительного сужения: повторные измерения относительного удлинения; погрешности измерения штангенциркулем конечной длины, нанесения начальной длины расчетного участка и силоизмерительного устройства машины. Также к ним относятся ошибка отсчета оператора, повторные измерения относительного сужения, погрешность измерения микрометром диаметра образца до начала и после испытаний. Показано, что при проведении измерений при температуре окружающей среды, отличной от значения нормальной температуры ((20±5)С), появляется дополнительный источник неопределенности – отклонение температуры. Приписаны предполагаемые законы распределения входных величин. Показано, что при испытаниях на растяжение имеются две составляющие неопределенности, оцениваемые по типам А и В. Составлена математическая модель измерения относительного удлинения и относительного сужения при испытаниях на растяжение. Оценены стандартные неопределенности входных величин исходя из предполагаемых законов их распределения. Выявлено наличие корреляционной связи между конечной длиной расчетного участка, диаметром образца после испытания и прилагаемым усилием. Получены выражения для расчета коэффициентов чувствительности, характеризующие изменение выходной величины (относительного удлинения) от изменения входных величин. Оценены суммарная и расширенная неопределенности измерения. На основании проделанной работы прописана процедура оценивания неопределенности измерения при испытаниях высокопрочных болтов на растяжение. Показано, что оценивание неопределенности измерений при испытании продукции является достаточно трудоемкой работой, предлагается разработка методик оценивания неопределенности измерения при испытаниях и внесение их в нормативные документы на методы контроля.

1. Парышев Д. Н., Герасимов В. Я. Влияние длины болтов на прочность при растяжении // Транспортное строительство. 2009. № 6. С. 14–15.

2. Шаповалов В. В. Анализ применения болтов различного класса прочности в стальных каркасах промышленных зданий // Дни науки студентов Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых: матер. науч.-практ. конф. (г. Владимир, 22 марта – 9 апреля 2021). Владимир: Изд-во ВлГУ, 2021. С. 594–602.

3. Гуль Ю. П., Ивченко А. В., Кондратенко П. В., Перчун Г. И. Сравнительный анализ комплекса механических свойств, полученных при испытаниях готовых болтов и обточенных образцов // Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту. 2015. № 4. С. 132–141. https://doi.org/10.15802/STP2015/50121.

4. Гладштейн Л. И., Бабушкин В. М. Высокопрочные болты класса прочности 12.9 в монтажных соединениях строительных металлоконструкции // Промышленное и гражданское строительство. 2011. № 6. С. 37–39.

5. Кутяйкин В. Г., Горбачев П. А. Оценивание неопределенности при определении прочностных характеристик материалов // Компетентность. 2021. № 7. С. 16–20. https://doi.org/10.24412/1993-8780-2021-7-16-20.

6. Одесский П. Д. Перспективные требования к высокопрочным болтам для монтажных соединений металлических конструкции в северном исполнении // Вестник НИЦ «Строительство». 2017. № 3. С. 155–162.

7. Горицкий В. М., Гусева И. А., Сотсков Н. И., Гук В. О. Сравнение качества высокопрочных болтов класса прочности 12,9, изготовленных различными производителями // Крепеж, клеи, инструмент и… 2013. № 2 С. 26–29.

8. Kodur V. R., Khaliq W., Kand S. Effect of temperature on thermal and mechanical properties of steel bolts // Journal of Materials in Civil Engineering. 2012. Vol. 24. No. 6. Р. 765–774. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000445.

9. Sun Xiao-ming, Zhang Yong, Wang Dong, Yang Jun, Xu Hui-chen, He Man-chao. Mechanical properties and supporting effect of CRLD bolts under static pull test conditions // International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials. 2017. Vol. 24. 1–9. https://doi.org/10.1007/s12613-017-1372-y.

10. Li Guangde, Zhang Changrui, Hu Haifeng, Zhang Yudi. Preparation and mechanical properties of C/SiC nuts and bolts // Materials Science and Engineering: A. 2012. Vol. 547. P. 1–5. https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.03.045.

11. Yahyai M., Kodur V. R., Residual mechanical properties of high-strength steel bolts after exposure to elevated temperature // Journal of Materials in Civil Engineering. 2018. Vol. 30. Iss. 10. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002416.

12. Daryan A. S., Ketabdari H. Mechanical properties of steel bolts with different diameters after exposure to high temperatures // Journal of Materials in Civil Engineering. 2019. Vol. 31. Iss. 10. Р. 04019221. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002865.

13. Ibrahim R. A., Pettit C. L. Uncertainties and dynamic problems of bolted joints and other fasteners // Journal of Sound and Vibration. 2005. Vol. 279. Iss. 3-5. P. 857–936. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2003.11.064.

14. Imamovic N., Hanafi M. Assessment of uncertainty quantification of bolted joint performance // Model Validation and Uncertainty Quantification: Conference Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series / eds. R. Barthorpe, R. Platz, I. Lopez, B. Moaveni, C. Papadimitriou. Cham: Springer, 2017. Vol. 3. P. 145–157. https://doi.org/10.1007/978-3-319-54858-6_15.

15. Shah V. N. Uncertainty of preloads in closure bolts for transportation casks for hazardous and radioactive materials // ASME 2008 Pressure Vessels and Piping Conference (Chicago, Illinois, 27–31 July 2008). Chicago, Illinois, 2008. Vol. 7. P. 215–223. https://doi.org/10.1115/PVP2008-61360.

16. Lin Qingyuan, Zhao Yong, Sun Qingchao, Chen Kunyong. Reliability evaluation method of anti-loosening performance of bolted joints // Mechanical Systems and Signal Processing. 2022. Vol. 162. Р. 108067. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2021.108067.

17. Zhao Yongsheng, Fu Huirong, Wang Lixia, Wu Hongchao, Li Shunlei. Research on design method of timevarying uncertainty of bolted connections // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2019. Vol. 612. Iss. 3. Р. 032077. https://doi.org/10.1088/1757-899X/612/3/032077.

18. Zhang Lin, Wang Meng, Zhao Hongbo, Chang Xu. Uncertainty quantification for the mechanical behavior of fully grouted rockbolts subjected to pull-out tests // Computers and Geotechnics. 2022. Vol. 145. Р. 104665. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2022.104665.

19. Ruan M. The variability of strains in bolts and the effect on preload in jointed structure. Houston, Texas, 2019.

20. Benmokrane B., Xu Haixue, Bellavance E. Bond strength of cement grouted glass fibre reinforced plastic (GFRP) anchor bolts // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 1996. Vol. 33. Iss. 5. P. 455–465. https://doi.org/10.1016/0148-9062(96)00006-X.

21. Петров В. А., Хамханова Д. Н. Оценивание неопределенности измерений при поверке вольтметра Э8030- М1 // Образование и наука. Секция: Обеспечение и контроль качества продукции и услуг: матер. Национальной науч.-практ. конф. (г. Улан-Удэ, 15 апреля 2021 г.). Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2021. С. 33–38.

22. Петров В. А., Хамханова Д. Н. Оценивание неопределенности измерений при поверке вольтметра Д5081 // Образование и наука. Секция: Обеспечение и контроль качества продукции и услуг: матер. Национальной науч.-практ. конф. (г. Улан-Удэ, 15 апреля 2021 г.). Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2021. С. 4–10.

23. Хамханова Д. Н., Сундарон Э. М. Источники неопределенности при поверке мерной стеклянной колбы // Advances in Science and Technology: сб. ст. XXVI Междунар. науч.-практ. конф. (г. Москва, 31 января 2020 г). Москва: ООО «Актуальность.РФ», 2020. Т. I. С. 157–159.

24. Зандраев А. Б., Хамханова Д. Н. Оценивание неопределенности измерений при поверке весов электронных ET-1200-E // Качество как условие повышения конкурентоспособности и путь к устойчивому развитию: материалы Региональной науч.-практ. конф. (г. УланУдэ, 26–28 ноября 2018 г.). Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2018. С. 68–74.