分享：统计假设检验在金属材料室温拉伸试验 质量控制中的应用

摘　要:简单分析了影响金属材料室温拉伸试验结果的因素,阐述了质量控制在理化检验中的作用,介绍了质量控制的常用方法和统计假设检验的常用数据分析方法.通过质量控制应用实例,采用基于格拉布斯(Grubbs)检验法、F 检验法、T 检验法的统计假设检验数据分析方法,对金属材料室温拉伸试验方法及检验过程进行了离群数据判定、等精度测量判定、数据一致性判定等详细的质控分析.结果表明:金属材料室温拉伸试验方法及检验过程在有效控制范围内,试验结果准确可靠,符合日常检验要求.

关键词:金属材料;拉伸试验;统计假设检验;质量控制

中图分类号:TG１１５．＋５２　　　文献标志码:A　　　文章编号:１００１Ｇ４０１２(２０１７)０８Ｇ０５５３Ｇ０４

收稿日期:２０１７Ｇ０６Ｇ０９

作者简介:魏源(１９８３－),男,硕士,主要从事金属材料理化检

验和相关技术研究,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

金属材料力学性能试验方法是检测和评定金属产品质量的重要手段之一,其中拉伸试验是应用最广泛的力学性能试验方法,广泛应用于棒、板、带、管、型和丝材等冶金产品的质量检验及评估.拉伸性能指标是金属材料研制、生产和检验最主要的测试项目之一,拉伸试验过程中的各项强度和塑性性能指标是反映金属材料力学性能的重要参数[１].

根据长期的工作经验,笔者认为影响金属材料室温拉伸试验结果的因素主要有以下几个方面:

①人员,即检验人员日常操作的规范性及数据传递的准确性,比如试样尺寸的测量、试样横截面积的测量、标距的测量等;②设备,即试验设备的稳定性、可靠性及准确性,比如试验机和引伸计的准确度、试验机的加载同轴度、试验机的夹具夹持等;③试样,即取样和制样的正确性,比如取样方法、取样方向、取样部位、试样形状和尺寸、加工精度等;④方法,即试验方法的正确选择,比如正确的夹持方法、合理的拉伸速率、适宜的测控模式等;⑤环境,即环境条件的稳定性,比如试验温度的控制等[２Ｇ５].

因此,在日常检验过程中,除了需要定期对仪器进行维护保养、按检定规程要求进行定期校准/检定５５３魏源:统计假设检验在金属材料室温拉伸试验质量控制中的应用外,还应采用多种方式对拉伸试验方法及检验过程进行质量控制,以保证检验结果的准确可靠.笔者通过质量控制应用实例,详细阐述了如何应用统计假设检验对金属材料室温拉伸试验进行质量控制和数据分析,以达到更加科学、合理、准确地评价检验过程的目的,为相关人员提供参考.

１　质量控制

质量控制是指利用现代科学管理的方法和技术分析试验过程中的误差,控制与分析有关的各个环节,确保试验结果的准确可靠.质量控制的目的是把分析测试的误差控制在允许的范围内,保证分析的精密度和准确度,使分析数据在给定的置信水平内有把握达到要求的质量.

内部质量控制常用的方法主要有:平行样测定、空白测定、使用标准曲线、加标回收率试验、使用质量控制图、实验室内比对试验、对存留试样再检测、测量不确定度评定等. 常用的数据分析方法主要有:稳健统计、数理统计等[６Ｇ９].

２　统计假设检验

统计假设检验是数理统计学中根据一定假设条件由样本推断总体的一种方法.根据问题的需要对

所研究的总体作某种假设,选取合适的统计量,由实测样本计算出统计量值,并根据预先给定的显著性水平进行检验,来判断样本与样本、样本与总体的差异的统计推断方法[１０].

常用的统计假设检验方法有:奈尔(Nair)检验法、狄克逊(Dixon)检验法、格拉布斯(Grubbs)检验法、U 检验法、Z 检验法、T 检验法、χ２ 检验法、F 检验法等.笔者应用Grubbs检验法、F 检验法以及T 检验法,对金属材料室温拉伸试验过程进行了详细的质控分析[１１].

３　质量控制应用实例

３．１　试验方法与结果

采用人员比对方式对金属材料室温拉伸试验过程进行质量控制分析,确保试验结果准确可靠.在相同的试验环境条件下,两位试验人员采用相同的试验方法和试验步骤,利用同一台仪器,对同一批试样分别进行重复试验.试验结果采用统计假设检验方法进行分析,首先利用Grubbs检验法进行离群数据判定,然后利用F 检验法进行等精度测量判定,最后利用T 检验法进行数据一致性判定.

３．１．１　试验目的

试验目的为对金属材料室温拉伸试验进行质量控制.

３．１．２　试验方法

依据GB/T２２８．１－２０１０«金属材料拉伸试验第１部分:室温试验方法»[１２]进行拉伸试验.

３．１．３　试验试样

试验试样取自同一炉号、同一批次,并按GB/T１４９９．２－２００７«钢筋混凝土用钢第２部分:热轧带肋钢筋»[１３]要求制作的热轧带肋钢筋.试验试样共两组,每组１０根,试样尺寸如下:长度４００ mm,公称直径１６ mm,公称横截面积

２０１．１mm２,原始标距８０mm.

３．１．４　试验步骤

两位试验人员分别对１０根热轧带肋钢筋试样进行拉伸试验,并记录试验结果(抗拉强度Rm、下屈服强度ReL、断后伸长率A８０mm).在试验过程中,除了按照操作规程要求采用相同的操作步骤外,均采用GB/T２２８．１－２０１０中的方法B 进行试验控制,并且为避免试验速率对试验数据的影响,以便获得良好的比对数据,对本次使用的WAWＧ１０００型电液伺服万能试验机,在弹性阶段和屈服阶段均采用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　试验环境

试验环境温度为(２３±５)℃,湿度为４０％~７０％.

３．１．６　试验仪器

采用WAWＧ１０００型电液伺服万能试验机进行拉伸试验,其基本参数如下:最大试验力为１０００kN;示值准确度等级为０．５级;试验力测试量程为满量程的１％~１００％;变形测量范围为满量程的１％~１００％;试验力加载速率范围为满量程的(０．０２％ ~２％)s－１;圆试样夹持范围为?１５~６０mm;扁试样夹持范围为２~４０mm.

３．１．７　试验结果

两位试验人员对热轧带肋钢筋试样进行拉伸试验的结果如表１所示.

３．２　数据分析

３．２．１　Grubbs检验(离群数据判定)采用Grubbs检验法对同组数据是否存在离群数据进行双侧情形检验.计算步骤如下所示,判定结果如表２所示.

式中:X (n)为该组数据经有序排列后的最大值;X—为该组数据的平均值;S 为该组数据的标准偏差;X (１) 为该组数据经有序排列后的最小值.

(２)确定检出水平,取显著性水平α＝０．０５,查Grubbs 检验法临界值表可得:G１－α２(n) ＝２．２９(n ＝１０).

(３)若Gn ＜G′n ＜G１－α２(n)或G′n ＜ Gn ＜G１－α２(n),可判断该组数据不存在离群值.

３．２．２　F 检验(等精度测量判定)

采用F 检验法对两组对比数据是否为等精度测量进行检验,计算步骤如下所示,判定结果如表３所示.

进行检验,计算步骤如下所示,判定结果如表３所示.

(１)依据下式计算出统计量F

式中:S１ 为两组对比数据的大值标准偏差;S２ 为两组对比数据的小值标准偏差;自由度f１＝n１－１;自由度f２＝n２－１.

(２)取显著性水平α＝０．０５,查F 分布临界值表

可得概率p＝０．９５水平下的统计量:Fp (f１,f２)＝F０．９５(９,９)＝３．１８(f１＝１０－１,f２＝１０－１).(３)若F(f１,f２)＜Fp (f１,f２),可判断该两组对比数据属于等精度测量.

３．２．３　T 检验(数据一致性判定)

采用T 检验法对两组对比数据的一致性进行检验,计算步骤如下所示,判定结果如表４所示.

(１)依据下式计算出统计量T

式中:X１,X２ 为两组对比数据的平均值;S１,S２ 为两组对比数据的标准偏差;Sp 为两组对比数据的合并标准偏差.

(２)取显著性水平α＝０．０５,自由度f ＝n１ ＋n２－２＝１０＋１０－２＝１８,查T 分布双侧临界值表可得:Tα,f ＝T０．０５,１８＝２．１０.

(３)若T ＜Tα,f ,可判断该两组对比数据结果一致.

４　结束语

应用实例表明,基于统计假设检验的数据分析方法Grubbs检验法、F 检验法、T 检验法,可用于对金属材料室温拉伸试验数据进行离群数据判定、等精度测量判定、数据一致性判定等质控分析,从而保证金属材料室温拉伸试验方法及检验过程在有效控制范围内,检验数据准确可靠,符合日常检验要求.与其他分析方法比较来看,基于统计假设检验技术的质量控制和数据分析可以更加科学、合理、准确地评价检验过程,值得相关技术人员参考.

（文章来源：材料与测试网）