試驗(yàn)誤差分析演示

（優(yōu)選）試驗(yàn)誤差分析目前一頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)匯報提綱12誤差的基本概念文獻(xiàn)閱讀目前二頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)1誤差的基本概念真值真值：是指在某一時刻和某一狀態(tài)下，某量的客觀值或?qū)嶋H值。1）理論真值：例如，三角形三內(nèi)角之和恒為180°，同一量值自身之差恒為零，自身之比恒為1，等等。2）約定真值：國際計(jì)量大會中所規(guī)定的共七種單位的量值，都可認(rèn)為是約定真值。3）相對真值：用高一級儀器檢定低一級儀器時，更具體說，當(dāng)高一級與低一級儀器的誤差之比為（1/3~1/120）時，則可認(rèn)為前者是后者的相對真值。目前三頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)平均值1誤差的基本概念平均值：綜合反映試驗(yàn)值在一定條件下的一般水平，所以在科學(xué)試驗(yàn)，經(jīng)常將多次試驗(yàn)值的平均值作為真值的近似值。算術(shù)平均值加權(quán)平均值對數(shù)平均值幾何平均值調(diào)和平均值目前四頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)算術(shù)平均值平均值

算術(shù)平均值是最常用的一種平均值。設(shè)有n

個試驗(yàn)值：x1，x2，…，xn，則它們的算術(shù)平均值為：目前五頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)加權(quán)平均值平均值

如果某組試驗(yàn)值是用不同的方法獲得，或由不同的試驗(yàn)人員得到，則這組數(shù)據(jù)中不同值的精度或可靠性不一致，為了突出可靠性高的數(shù)值，則可采用加權(quán)平均值。設(shè)有n

個試驗(yàn)值：x1，x2，…，xn，則它們的加權(quán)平均值為：式中，w1，w2，…，wn代表單個試驗(yàn)值對應(yīng)的權(quán)。目前六頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)加權(quán)平均值平均值

試驗(yàn)值的權(quán)是相對值，因此可以是整數(shù)，也可以是分?jǐn)?shù)或小數(shù)。可以根據(jù)以下方法給予試驗(yàn)值權(quán)重：1）當(dāng)試驗(yàn)次數(shù)很多時，可以將權(quán)理解為試驗(yàn)值xi在很大的測量總數(shù)中出現(xiàn)的頻率ni/n。2）如果試驗(yàn)值試驗(yàn)值是在同樣的實(shí)驗(yàn)條件下獲得的，但來源不同的組，這時加權(quán)平均值計(jì)算式中的xi代表各組的平均值，而wi代表每組試驗(yàn)次數(shù)。3）根據(jù)權(quán)與絕對誤差的平方成反比來確定權(quán)數(shù)。目前七頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)對數(shù)平均值平均值

如果試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分布曲線具有對數(shù)特性，則宜使用對數(shù)平均值。設(shè)有兩個數(shù)值x1，x2，都為正數(shù)，則它們的對數(shù)平均值為：目前八頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)幾何平均值平均值設(shè)有n

個正試驗(yàn)值：x1，x2，…，xn，則它們的幾何平均值為：對上式兩邊同時去對數(shù)，得：可見，當(dāng)一組試驗(yàn)值取對數(shù)后所得數(shù)據(jù)的分布曲線更加對稱時，宜采用幾何平均值。目前九頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)調(diào)和平均值平均值設(shè)有n

個正試驗(yàn)值：x1，x2，…，xn，則它們的調(diào)和平均值為：

可見調(diào)和平均值是試驗(yàn)值倒數(shù)的算術(shù)平均值的倒數(shù)，常用在涉及到與一些量的倒數(shù)有關(guān)的場合。目前十頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)誤差1誤差的基本概念誤差：在試驗(yàn)過程中由于實(shí)驗(yàn)儀器精度的限制，實(shí)驗(yàn)方法的不完善，科研人員認(rèn)識能力的不足和科研水平的限制等方面的原因，在試驗(yàn)中獲得的試驗(yàn)值與它的真值并不一致，這種矛盾在數(shù)值上表現(xiàn)為誤差。絕對誤差相對誤差算術(shù)平均誤差標(biāo)準(zhǔn)誤差目前十一頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)誤差絕對誤差

試驗(yàn)值與真值之差稱為絕對誤差，即絕對誤差=試驗(yàn)值－真值絕對誤差反映了試驗(yàn)值偏離真值的大小，這個偏差可正可負(fù)。通常所說的誤差一般指絕對誤差。目前十二頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)誤差相對誤差

絕對誤差雖然在一定條件下能反映試驗(yàn)值的準(zhǔn)確程度，但還不全面。所以為了判斷試驗(yàn)值的準(zhǔn)確性，還必須考慮試驗(yàn)值本身的大小，故引出了相對誤差。

目前十三頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)誤差算術(shù)平均誤差設(shè)試驗(yàn)值xi與算術(shù)平均值之間的偏差為di，則算術(shù)平均誤差定義式為：求算術(shù)平均誤差時，偏差di可能為正也可能為負(fù)，所以一定要取絕對值。目前十四頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)誤差標(biāo)準(zhǔn)誤差

標(biāo)準(zhǔn)誤差也稱作均方根誤差、標(biāo)準(zhǔn)偏差，簡稱為標(biāo)準(zhǔn)差。在實(shí)際的科學(xué)試驗(yàn)中，試驗(yàn)次數(shù)一般為有限次，稱為樣本標(biāo)準(zhǔn)差，定義為：

標(biāo)準(zhǔn)差常用來表示試驗(yàn)值的精密度，標(biāo)準(zhǔn)差越小，則試驗(yàn)數(shù)據(jù)精密度越好。目前十五頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)2文獻(xiàn)閱讀

通過理論分析與實(shí)驗(yàn)研究，從薄膜材料、樣品加工、拉伸試驗(yàn)及模擬試驗(yàn)四個角度，對空間環(huán)境下薄膜材料力學(xué)性能退化試驗(yàn)的誤差來源及影響進(jìn)行了研究。目前十六頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)背景

在有限的運(yùn)載能力條件下，充分提高航天器的效能，是航天器研制工作的一個重要發(fā)展方向。輕型展開結(jié)構(gòu)具有成本低廉、存儲體積小、重量輕、可靠性等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)很難達(dá)到的性能，從而成為空間研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。薄膜材料不僅是航天器展開結(jié)構(gòu)的重要組成部分，也是航天器熱控系統(tǒng)—外露熱控涂層的主要基體材料。然而，長期直接暴露在航天器表面，薄膜材料受到空間環(huán)境綜合作用的威脅，其力學(xué)性能發(fā)生退化甚至失效。目前十七頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)背景

文章對目前航天器上廣泛采用的聚酰亞胺（PI）薄膜，以質(zhì)子輻照地面模擬試驗(yàn)研究為對象，從材料自身性能、樣品加工、力學(xué)性能測試以及試驗(yàn)參數(shù)控制等角度，研究誤差可能對力學(xué)性能評價試驗(yàn)帶來的影響，并給出控制措施。目前十八頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)誤差來源造成航天薄膜材料力學(xué)性能評價的誤差來源主要有：

1）薄膜材料樣品加工質(zhì)量；

2）薄膜本身微觀結(jié)構(gòu)；

3）空間環(huán)境實(shí)驗(yàn)參數(shù)；

4）拉伸測試參數(shù)。目前十九頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)誤差分析薄膜材料樣品加工質(zhì)量

薄膜材料試驗(yàn)樣品在加工過程中，可能存在切割邊緣的毛刺、微裂口等，會引起拉伸過程中從有毛刺的地方斷裂，從而導(dǎo)致拉伸出現(xiàn)巨大的誤差。

薄膜本身微觀結(jié)構(gòu)

在生產(chǎn)聚合物薄膜時，宏觀上由于薄膜軋制方向不同，微觀上聚合物的分子鏈排列和延伸的方向也不同。這可能會導(dǎo)致薄膜在不同方向上的物理和化學(xué)性質(zhì)的差異。目前二十頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)誤差分析空間環(huán)境實(shí)驗(yàn)參數(shù)

一方面，在空間環(huán)境效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)過程中，采用過高的加速倍率，可能會對薄膜材料的力學(xué)性能拉伸帶來較大的影響；另一方面，溫度的選擇對實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來很大的差異，這主要由于溫度可造成薄膜材料分子結(jié)構(gòu)或鍵能發(fā)生一些變化。拉伸測試參數(shù)

拉伸速率可能對薄膜的力學(xué)性能測試結(jié)果帶來影響；同時，若拉伸試驗(yàn)裝置上下夾具不在一個平面上，或者樣品拉伸方向有一定的傾斜角度等，都會對力學(xué)性能的拉伸帶來誤差。目前二十一頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)誤差評估

由于軋制方向不同，微觀上聚合物的分子鏈排列延伸的方向不同，沿各方向上的力學(xué)性能也可能會有不同。對未輻照的PI薄膜進(jìn)行平行拉伸（y方向）和垂直拉伸（x方向）的對比試驗(yàn)。圖1拉伸方向示意圖1.垂直拉伸；2.平等拉伸；3.軋制方向1.薄膜各向異性帶來的誤差目前二十二頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)誤差評估表1垂直方向和平行方向拉伸試驗(yàn)結(jié)果對比1.薄膜各向異性帶來的誤差目前二十三頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)誤差評估

1.薄膜各向異性帶來的誤差假設(shè)平行方向的最大載荷拉力為F1，垂直方向的最大載荷拉力為F2，實(shí)際拉伸方向與平行方向的夾角為θ，且F1＞F2，則理論上的拉力為：當(dāng)時，拉力的理論最大值為：目前二十四頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)誤差評估

1.薄膜各向異性帶來的誤差圖2薄膜拉力分析圖目前二十五頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)誤差評估2.模擬試驗(yàn)誤差

模擬試驗(yàn)時的主要參數(shù)有：加速倍率的選取、輻照均勻性的控制、溫度的選取與控制等。以試驗(yàn)溫度對PI薄膜材料力學(xué)性能影響研究為例，采用質(zhì)子輻照總注量為5×1014p/cm2，通量為6.34×109p/cm2/s。分別在-30℃、15℃和55℃下進(jìn)行輻照，輻照后薄膜材料的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長率變化如圖3所示。目前二十六頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)誤差評估2.模擬試驗(yàn)誤差圖3溫度對PI薄膜材料力學(xué)性能退化的影響目前二十七頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)誤差評估2.模擬試驗(yàn)誤差以15℃溫度下的質(zhì)子輻照PI薄膜試驗(yàn)結(jié)果為參考基準(zhǔn)，-30℃和55℃溫度環(huán)境下，PI薄膜的抗拉強(qiáng)度的絕對誤差分別為1.81%和3.8%,斷裂伸長率的絕對誤差分別為0.68%和0.81%。但在空間環(huán)境中，航天器經(jīng)常處于高低溫交變的環(huán)境中，高溫和低溫可達(dá)±200℃。所以還需要進(jìn)一步研究極端高溫、極端低溫以及高低溫交變對薄膜力學(xué)性能的退化影響，尤其是極端低溫對薄膜材料力學(xué)的影響。目前二十八頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)誤差評估3.薄膜材料拉伸試驗(yàn)誤差夾具應(yīng)力誤差由于樣品裝載過程中可能出現(xiàn)樣品平面與上下夾具平面不平行，在拉伸過程中造成應(yīng)力集中。拉伸至斷裂時會出現(xiàn)中間斷裂、上夾具邊緣處斷裂、下夾具邊緣處斷裂三種情況。圖4薄膜材料拉伸斷裂不同位置情況圖目前二十九頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)誤差評估3.薄膜材料拉伸試驗(yàn)誤差中間部位斷裂：斷裂位置在上下夾具的中部，基本可以認(rèn)為能夠反應(yīng)薄膜斷裂的真實(shí)情況。靠近上/下夾具邊緣斷裂：在拉伸過程中由于裝載是薄膜表面與上下夾具表面不平行，薄膜表面出現(xiàn)扭曲，導(dǎo)致拉伸過程應(yīng)力集中而發(fā)生斷裂，并不能反映薄膜斷裂的真實(shí)情況。只有在中部斷裂的情況可以反應(yīng)出薄膜力學(xué)性能退化的真實(shí)情況，因此，在試驗(yàn)過程中，應(yīng)該采用中間斷裂的薄膜樣品拉伸數(shù)值。目前三十頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)誤差評估3.薄膜材料拉伸試驗(yàn)誤差薄膜拉伸方向與長度方向存在夾角

假設(shè)薄膜樣品的長度為L，寬度為b，厚度為d。拉伸方向和薄膜樣品在同一平面內(nèi)，且與薄膜長度方向夾角為θ。薄膜樣品所受拉力為F，其應(yīng)為沿薄膜長度方向的拉力F1與所受拉力方向的垂直方向的橫向剪切力F2的合力。則有：假設(shè)薄膜橫截面上受力是均勻的，則薄膜材料的理論抗拉強(qiáng)度σ0為：目前三十一頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)誤差評估3.薄膜材料拉伸試驗(yàn)誤差但由于薄膜有一定的傾斜角度，因此，實(shí)際上的薄膜抗拉強(qiáng)度σ1為：則誤差△大小為：目前三十二頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)誤差評估3.薄膜材料拉伸試驗(yàn)誤差圖5薄膜抗拉強(qiáng)度誤差隨傾角的變化關(guān)系圖由圖5分析可知，傾角為8°時，誤差小于1%，傾角達(dá)到18°時，誤差達(dá)到5%，傾角達(dá)到25°時，誤差達(dá)到10%。因此，因控制同一水平面傾角小于18°，當(dāng)傾角小于8°時，誤差可以忽略不計(jì)。目前三十三頁\總數(shù)三十四頁\編于十九點(diǎn)結(jié)論

通過以上分析可知，航天薄膜材