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[摘 要]金属材料对于社会发展有着重要作用，在人类文明发展史上，青铜、生铁、铝等金属对于生产力的提升起到关键作用。尤其是现代社会，对于金属材料的需求进一步增大。本文主要介绍了金属材料力学性能的重要性，详细介绍了日常生活中常见的评定方法，探讨影响金属材料力学性能的不确定因素，以供相关工作人员借鉴分析。
[关键词]金属材料;力学性能;性能测试;不确定度
[中图分类号]TG14 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）06–00–03
Study on Evaluation of Uncertainty in Testing of Mechanical Properties
Wang Fang
[Abstract]Metal materials play an important role in social development. In the history of human civilization development， metals such as bronze， pig iron， and aluminum have played a key role in increasing productivity. Especially in modern society， the demand for metal materials has further increased. This article mainly introduces the importance of the mechanical properties of metal materials， introduces in detail the common assessment methods in daily life， and discusses the uncertain factors that affect the mechanical properties of metal materials， so as to provide relevant staff for reference and analysis.
[Keywords]metal materials;mechanical properties;performance testing;uncertainty
从人类文明发展史中，可以发现金属冶炼技术的提升，代表着人类社会逐渐迈入新的时代，随着金属冶炼技术的提升，人类可以使用这些金属作为生活器具或者武器材料。随着科学技术的发展，以往一些珍贵的金属在现阶段社会中已经较为普遍，重视对金属材料的研究，对于提高国家综合实力有着重要作用。
1 金属材料力学性能重要性
1.1 金属材料在军事工程中的广泛应用
在现阶段社会发展中，由于地域矛盾与民族矛盾日益增加，结合历史、人文等因素，存在爆发战争的风险。如何抵御外界侵扰，离不开军事的发展。随着军工业的快速发展，对于金属材料的需求不断加大，越来越多的合金应用于军事发展中，逐步增强国家军事实力。
我国重视航空航天、舰载航母等军事发展，从而提高我国整体综合实力，作为我军的重要武器，航母整体建造技术直接体现了一个国家的制造业能力。为了减轻航母的整体重量，改善和提高其战斗力，延长使用寿命，航母上小到螺栓螺钉大到钣金件多采用钛合金制造。这种金属的使用，对于提升我国军事力量有着重要作用。在军事发展中，高强度材料的需求较大，很多金属材料研究所重视对稀土元素的研究，从而合成更多性能较强的金属材料，为推动军事技术发展起到关键作用。对于装甲车而言，需采用耐磨性好，硬度高的材料以发挥其功能，因此，重视对金属材料力学性能的研究，对于军事发展有着重要意义。
1.2 金属材料在生活、生产领域中的应用
在日常生活中，金属材料的应用较为普遍，很多金属材料已经在日常生活中普及开来，其中影响较大的有不锈钢与铝制品。很多生活中的金属材料，因其优异的性能而能够完成一定的功能，从而方便日常生活。生活中常用的菜刀，不仅需要硬度达到一定标准，能够处理各种食材，还需要具有一定的抗腐蚀性能，避免在长时间使用中自身产生锈蚀。
无论农业生产还是工业生产，对于金属材料的要求较高，重视对金属材料的研究与应用，能够为生产带来更大的经济效益。在工业生产中，熟练使用各种镀锌板，能够提高工业设备的使用寿命，为工厂创造更大的经济效益。
金属材料力学性能对于工业生产有着重要作用，很多特种设备的使用对金属的力学性能要求较高，若材料性能达不到预定要求，将会造成该设备在使用阶段出现失效故障，存在较大的安全隐患。
2 金属材料力学性能认识以及不确定度的评定方法
2.1 金属材料力学性能
目前，金属材料的力学性能研究工作较为充分，常见的金属材料力学性能指标有强度、硬度、冲击韧性、抗疲劳性等。其中强度是指金属材料在外力的作用下，自身抵抗变形的能力。硬度是金屬材料局部抵御硬物压入表面的能力。冲击韧性是金属材料抵抗外部冲击载荷的能力，反映了材料的变脆倾向。抗疲劳性是指金属材料抵抗长时间低应力循环作用而发生突然断裂的能力。
2.2 不确定度评定方法
2.2.1 A类评定标准
现阶段金属材料不确定度的评定中，使用A类评定标准，主要是结合实际测量数据，使用多种计算方式，对于这些测量结果进行分析，综合得出金属材料的不确定度。目前，技术人员通常使用贝塞尔公式、最小二乘法等计算方式来测量当前金属的不确定度，除了这两种常用的计算方式之外，技术人员还可以使用合并样本标准差与极差法，对于金属材料的不确定度进行评定[1]。 2.2.2 B类评定标准
在日常生活中，B类评定标准与A类评定标准不同，通常是根据已知信息来推导的，在使用阶段包括设备的校准证书、准确度等级等内容，对整体测量工作进行分析，并且技术人员还可以使用过去的测量数据，与操作经验等内容。
3 影响金属材料力学性能的不确定因素
3.1 影响拉压操作的不确定因素
现阶段技术人员在测量金属材料的力学性能时，拉压操作的应用较为普遍，在使用阶段，技术人员使用万能试验机对于金属材料进行拉压试验，从而完成金属材料的抗拉抗压性能研究分析。在试验过程中，技术人员结合试验仪器设备，对于金属材料施加静态载荷，并且对材料应力变化进行分析，从而判定该金属材料的性能。在施力过程中的不确定度主要是由试验机精度引入，通常情况下能够实现拉压操作的万能试验机精度要求为Ⅰ级，示值误差在±1.0%内，则力值计量误差范围为±1.0%，同时计量部门对试验机的计量检定结果也会引入不确定度。在测量阶段，试样尺寸、原始标距和断后标距的测量会引入不确定度，主要是由于游标卡尺的测量精度、原始标距的确定和人员读数误差造成的。
为了降低金属材料在拉压操作中的不确定度，技术人员应该采取以下措施：一是按要求对量具和试验设备进行检定，符合国家相关标准;二是在测量过程中开展多次测试，将这些数据有效记录，使用平均值作为较为合理的数值，从而降低拉压操作的不确定度。试验阶段，操作人员应该按照标准要求安装试样，操作设备，对于相关数据进行有效记录，从而提高试验的准确性。结合试验结果，技术人员可以准确分析该金属材料的抗拉抗压性能，为该材料的后续使用提供了试验数据支持。
3.2 影响扭转操作的不确定因素
在对金属材料力学性能进行研究时，对于部分应用于实现转动功能的金属材料，如传动轴、螺旋桨等，技术人员需要对于这些应用于转动的金属材料进行试验，测试材料或者构件的扭转性能。在对材料扭转性能研究中，试验人员通常使用扭转试验机实现，并且将该材料试验阶段出现的异常现象进行记录，对该金属材料的力学性能进行分析。扭转试验的不确定度主要由试验机精度和试验中温度变化，以及试样同轴度引入，通常试验机精度均为Ⅰ级，示值误差在±1.0%内，而扭转试验时温度升高会带来材料内部性能的变化从而引入不确定度。试样与试验机扭转力矩加载方向是否同轴，会对试验结果产生一定的影响，同时也为试验结果引入不確定度。
降低扭转试验中的不确定因素，除了提高试验机精度以外，还需按照试验标准采用适当的试验扭转速度，以避免试验速度过快引起试样温度升高，从而影响试验数据准确性。同时，还需保证试样同轴度，以减少不确定的。
3.3 影响弯曲操作不确定因素
弯曲操作测试是现阶段对于金属材料测试的重要延伸，一般情况下，在日常生活与生产中相关的金属材料性能测试中，弯曲操作的应用场景不多，这种操作主要应用于军事中的金属材料力学性能分析。在试验阶段，结合爆炸来测量金属是否能够承受住冲击波的能力，这种试验主要考查的是金属的抗弯曲能力。
影响弯曲操作的2个重要因素是温度与夹持方式。由于大部分金属具有热传导性，在使用阶段，温度会对金属产生较大的负面影响。一旦遇到高温环境，金属的抗弯曲能力将会大幅度降低，实际测量结果将会发生改变。而金属在低温环境下，塑性降低，脆性增加，抗弯曲能力会得到提升，但受到外部载荷作用时，如果外力超过该金属的承受能力，将会直接断裂[2]。
结合这一性能，在军事上的研究成果较多，一方面提高整体军事设备的抗击打能力，另一方面，研究如何突破敌方防御，达到最大杀伤力。现阶段武器的研制，需要依靠材料科学的进步，尤其是高精尖武器的研制，因此，重视对金属材料的弯曲操作试验，能够为武器的研发提供重要参考意见。
在目前金属材料弯曲性能试验中，不论是三点弯曲试验还是四点弯曲试验，引入不确定度的主要因素是对试样和跨距等测量误差和读数误差，以及游标卡尺的示值误差。减少不确定因素的措施是采用多次测量求平均值和使用精度高示值误差小的游标卡尺。
3.4 影响冲击操作不确定因素
与弯曲操作类似，冲击操作也广泛使用于军事领域。在使用阶段，主要通过子弹的射击与炮弹的爆炸等应用中，对于金属材料的冲击韧性进行评估，从而分析这些武器所造成的冲击效果。这种破坏性实验，通常应用于特殊需求的领域，其主要目的是在于增强设备的安全性能。
在防弹车研制工作中，对于汽车的外壳有着严格规定，在生产阶段，需要经过多项测试，只有防弹车通过测试之后，才能够被使用于特殊场合。目前，技术人员在这些特种金属材料设计中，主要考察材料的抗冲击性能，即冲击韧性。在宏观上技术人员适当改变金属材料的冲击接触面积，将会显著提升金属材料的抗冲击能力。在微观上使用一些设备对金属微观粒子排列作出改变，将会造成该金属材料的抗冲击性能出现较大的改变[3]。
金属冲击韧性试验测量结果不确定度来源于以下几点：一是试样材质的不均匀性;二是试样的尺寸测量;三是试验机误差。对于某一特定试验来说，材质的不均匀性是不可避免的问题，试验时在保持其他因素不便的情况下，使用更为精细的仪器，从而提高测量的精确度，降低金属力学性能测试中不确定度对于测量结果的影响。
4 结束语
总而言之，现阶段金属材料力学性能研究工作中，技术人员应该重视试验结果中不确定度的影响，对于金属材料的性能分析应加入不确定度的评定，从而提高整体测量的准确性，有利于对这些金属材料的力学性能进行评定，为后续金属材料的使用场景进行明确，便于该材料能够在后续使用中体现该金属材料的价值。
参考文献
[1] 张赞平.浅析金属材料力学性能测试中存在的不确定度[J].中国金属通报，2019（6）：142，144.
[2] 王学鹏.探讨金属材料力学性能测试的不确定度评定[J].山东工业技术，2016（4）：240，299.
[3] 曹艳伟，王俊.金属材料高温拉伸试验的不确定度评定[J].理化检验（物理分册），2019，55（10）：703-707.
[4] 邓银舟，秦健，江帆，等.金属材料力学性能测试不确定度评定研究[J].工程技术：全文版，2016（7）：297.
[5] 许学斌.金属材料力学性能测试不确定度评定的研究[J].工程技术（全文版），2010（1）：281.
[6] 王俊，王玉玲.金属材料力学性能测试不确定度评定的探讨[J].理化检验：物理分册，2014，50（11）：818-821.
[7] 王俊，王玉玲.金属材料力学性能测试不确定度评定的探讨[J].期刊论文，2014，50（11）：4.
[8] 桑传飞.金属材料力学性能测试不确定度评定分析[J].数码世界，2020（6）：65.
[9] 梁家林.金属材料力学性能试验结果的不确定度评定[J].公路交通科技（应用技术版），2008（7）：60-63.
[10] 贾欣.Q345A低合金高强度结构钢力学性能的不确定度评定[J].现代冶金，2005，33（4）：1-5.
[关键词]金属材料;力学性能;性能测试;不确定度
[中图分类号]TG14 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）06–00–03
Study on Evaluation of Uncertainty in Testing of Mechanical Properties
Wang Fang
[Abstract]Metal materials play an important role in social development. In the history of human civilization development， metals such as bronze， pig iron， and aluminum have played a key role in increasing productivity. Especially in modern society， the demand for metal materials has further increased. This article mainly introduces the importance of the mechanical properties of metal materials， introduces in detail the common assessment methods in daily life， and discusses the uncertain factors that affect the mechanical properties of metal materials， so as to provide relevant staff for reference and analysis.
[Keywords]metal materials;mechanical properties;performance testing;uncertainty
从人类文明发展史中，可以发现金属冶炼技术的提升，代表着人类社会逐渐迈入新的时代，随着金属冶炼技术的提升，人类可以使用这些金属作为生活器具或者武器材料。随着科学技术的发展，以往一些珍贵的金属在现阶段社会中已经较为普遍，重视对金属材料的研究，对于提高国家综合实力有着重要作用。
1 金属材料力学性能重要性
1.1 金属材料在军事工程中的广泛应用
在现阶段社会发展中，由于地域矛盾与民族矛盾日益增加，结合历史、人文等因素，存在爆发战争的风险。如何抵御外界侵扰，离不开军事的发展。随着军工业的快速发展，对于金属材料的需求不断加大，越来越多的合金应用于军事发展中，逐步增强国家军事实力。
我国重视航空航天、舰载航母等军事发展，从而提高我国整体综合实力，作为我军的重要武器，航母整体建造技术直接体现了一个国家的制造业能力。为了减轻航母的整体重量，改善和提高其战斗力，延长使用寿命，航母上小到螺栓螺钉大到钣金件多采用钛合金制造。这种金属的使用，对于提升我国军事力量有着重要作用。在军事发展中，高强度材料的需求较大，很多金属材料研究所重视对稀土元素的研究，从而合成更多性能较强的金属材料，为推动军事技术发展起到关键作用。对于装甲车而言，需采用耐磨性好，硬度高的材料以发挥其功能，因此，重视对金属材料力学性能的研究，对于军事发展有着重要意义。
1.2 金属材料在生活、生产领域中的应用
在日常生活中，金属材料的应用较为普遍，很多金属材料已经在日常生活中普及开来，其中影响较大的有不锈钢与铝制品。很多生活中的金属材料，因其优异的性能而能够完成一定的功能，从而方便日常生活。生活中常用的菜刀，不仅需要硬度达到一定标准，能够处理各种食材，还需要具有一定的抗腐蚀性能，避免在长时间使用中自身产生锈蚀。
无论农业生产还是工业生产，对于金属材料的要求较高，重视对金属材料的研究与应用，能够为生产带来更大的经济效益。在工业生产中，熟练使用各种镀锌板，能够提高工业设备的使用寿命，为工厂创造更大的经济效益。
金属材料力学性能对于工业生产有着重要作用，很多特种设备的使用对金属的力学性能要求较高，若材料性能达不到预定要求，将会造成该设备在使用阶段出现失效故障，存在较大的安全隐患。
2 金属材料力学性能认识以及不确定度的评定方法
2.1 金属材料力学性能
目前，金属材料的力学性能研究工作较为充分，常见的金属材料力学性能指标有强度、硬度、冲击韧性、抗疲劳性等。其中强度是指金属材料在外力的作用下，自身抵抗变形的能力。硬度是金屬材料局部抵御硬物压入表面的能力。冲击韧性是金属材料抵抗外部冲击载荷的能力，反映了材料的变脆倾向。抗疲劳性是指金属材料抵抗长时间低应力循环作用而发生突然断裂的能力。
2.2 不确定度评定方法
2.2.1 A类评定标准
现阶段金属材料不确定度的评定中，使用A类评定标准，主要是结合实际测量数据，使用多种计算方式，对于这些测量结果进行分析，综合得出金属材料的不确定度。目前，技术人员通常使用贝塞尔公式、最小二乘法等计算方式来测量当前金属的不确定度，除了这两种常用的计算方式之外，技术人员还可以使用合并样本标准差与极差法，对于金属材料的不确定度进行评定[1]。 2.2.2 B类评定标准
在日常生活中，B类评定标准与A类评定标准不同，通常是根据已知信息来推导的，在使用阶段包括设备的校准证书、准确度等级等内容，对整体测量工作进行分析，并且技术人员还可以使用过去的测量数据，与操作经验等内容。
3 影响金属材料力学性能的不确定因素
3.1 影响拉压操作的不确定因素
现阶段技术人员在测量金属材料的力学性能时，拉压操作的应用较为普遍，在使用阶段，技术人员使用万能试验机对于金属材料进行拉压试验，从而完成金属材料的抗拉抗压性能研究分析。在试验过程中，技术人员结合试验仪器设备，对于金属材料施加静态载荷，并且对材料应力变化进行分析，从而判定该金属材料的性能。在施力过程中的不确定度主要是由试验机精度引入，通常情况下能够实现拉压操作的万能试验机精度要求为Ⅰ级，示值误差在±1.0%内，则力值计量误差范围为±1.0%，同时计量部门对试验机的计量检定结果也会引入不确定度。在测量阶段，试样尺寸、原始标距和断后标距的测量会引入不确定度，主要是由于游标卡尺的测量精度、原始标距的确定和人员读数误差造成的。
为了降低金属材料在拉压操作中的不确定度，技术人员应该采取以下措施：一是按要求对量具和试验设备进行检定，符合国家相关标准;二是在测量过程中开展多次测试，将这些数据有效记录，使用平均值作为较为合理的数值，从而降低拉压操作的不确定度。试验阶段，操作人员应该按照标准要求安装试样，操作设备，对于相关数据进行有效记录，从而提高试验的准确性。结合试验结果，技术人员可以准确分析该金属材料的抗拉抗压性能，为该材料的后续使用提供了试验数据支持。
3.2 影响扭转操作的不确定因素
在对金属材料力学性能进行研究时，对于部分应用于实现转动功能的金属材料，如传动轴、螺旋桨等，技术人员需要对于这些应用于转动的金属材料进行试验，测试材料或者构件的扭转性能。在对材料扭转性能研究中，试验人员通常使用扭转试验机实现，并且将该材料试验阶段出现的异常现象进行记录，对该金属材料的力学性能进行分析。扭转试验的不确定度主要由试验机精度和试验中温度变化，以及试样同轴度引入，通常试验机精度均为Ⅰ级，示值误差在±1.0%内，而扭转试验时温度升高会带来材料内部性能的变化从而引入不确定度。试样与试验机扭转力矩加载方向是否同轴，会对试验结果产生一定的影响，同时也为试验结果引入不確定度。
降低扭转试验中的不确定因素，除了提高试验机精度以外，还需按照试验标准采用适当的试验扭转速度，以避免试验速度过快引起试样温度升高，从而影响试验数据准确性。同时，还需保证试样同轴度，以减少不确定的。
3.3 影响弯曲操作不确定因素
弯曲操作测试是现阶段对于金属材料测试的重要延伸，一般情况下，在日常生活与生产中相关的金属材料性能测试中，弯曲操作的应用场景不多，这种操作主要应用于军事中的金属材料力学性能分析。在试验阶段，结合爆炸来测量金属是否能够承受住冲击波的能力，这种试验主要考查的是金属的抗弯曲能力。
影响弯曲操作的2个重要因素是温度与夹持方式。由于大部分金属具有热传导性，在使用阶段，温度会对金属产生较大的负面影响。一旦遇到高温环境，金属的抗弯曲能力将会大幅度降低，实际测量结果将会发生改变。而金属在低温环境下，塑性降低，脆性增加，抗弯曲能力会得到提升，但受到外部载荷作用时，如果外力超过该金属的承受能力，将会直接断裂[2]。
结合这一性能，在军事上的研究成果较多，一方面提高整体军事设备的抗击打能力，另一方面，研究如何突破敌方防御，达到最大杀伤力。现阶段武器的研制，需要依靠材料科学的进步，尤其是高精尖武器的研制，因此，重视对金属材料的弯曲操作试验，能够为武器的研发提供重要参考意见。
在目前金属材料弯曲性能试验中，不论是三点弯曲试验还是四点弯曲试验，引入不确定度的主要因素是对试样和跨距等测量误差和读数误差，以及游标卡尺的示值误差。减少不确定因素的措施是采用多次测量求平均值和使用精度高示值误差小的游标卡尺。
3.4 影响冲击操作不确定因素
与弯曲操作类似，冲击操作也广泛使用于军事领域。在使用阶段，主要通过子弹的射击与炮弹的爆炸等应用中，对于金属材料的冲击韧性进行评估，从而分析这些武器所造成的冲击效果。这种破坏性实验，通常应用于特殊需求的领域，其主要目的是在于增强设备的安全性能。
在防弹车研制工作中，对于汽车的外壳有着严格规定，在生产阶段，需要经过多项测试，只有防弹车通过测试之后，才能够被使用于特殊场合。目前，技术人员在这些特种金属材料设计中，主要考察材料的抗冲击性能，即冲击韧性。在宏观上技术人员适当改变金属材料的冲击接触面积，将会显著提升金属材料的抗冲击能力。在微观上使用一些设备对金属微观粒子排列作出改变，将会造成该金属材料的抗冲击性能出现较大的改变[3]。
金属冲击韧性试验测量结果不确定度来源于以下几点：一是试样材质的不均匀性;二是试样的尺寸测量;三是试验机误差。对于某一特定试验来说，材质的不均匀性是不可避免的问题，试验时在保持其他因素不便的情况下，使用更为精细的仪器，从而提高测量的精确度，降低金属力学性能测试中不确定度对于测量结果的影响。
4 结束语
总而言之，现阶段金属材料力学性能研究工作中，技术人员应该重视试验结果中不确定度的影响，对于金属材料的性能分析应加入不确定度的评定，从而提高整体测量的准确性，有利于对这些金属材料的力学性能进行评定，为后续金属材料的使用场景进行明确，便于该材料能够在后续使用中体现该金属材料的价值。
参考文献
[1] 张赞平.浅析金属材料力学性能测试中存在的不确定度[J].中国金属通报，2019（6）：142，144.
[2] 王学鹏.探讨金属材料力学性能测试的不确定度评定[J].山东工业技术，2016（4）：240，299.
[3] 曹艳伟，王俊.金属材料高温拉伸试验的不确定度评定[J].理化检验（物理分册），2019，55（10）：703-707.
[4] 邓银舟，秦健，江帆，等.金属材料力学性能测试不确定度评定研究[J].工程技术：全文版，2016（7）：297.
[5] 许学斌.金属材料力学性能测试不确定度评定的研究[J].工程技术（全文版），2010（1）：281.
[6] 王俊，王玉玲.金属材料力学性能测试不确定度评定的探讨[J].理化检验：物理分册，2014，50（11）：818-821.
[7] 王俊，王玉玲.金属材料力学性能测试不确定度评定的探讨[J].期刊论文，2014，50（11）：4.
[8] 桑传飞.金属材料力学性能测试不确定度评定分析[J].数码世界，2020（6）：65.
[9] 梁家林.金属材料力学性能试验结果的不确定度评定[J].公路交通科技（应用技术版），2008（7）：60-63.
[10] 贾欣.Q345A低合金高强度结构钢力学性能的不确定度评定[J].现代冶金，2005，33（4）：1-5.