3.2.3 Функциональные зависимости
Чтобы найти a и b в формуле (1) вычисляют
(10)Угол наклона прямой b вычисляют по формуле
Точку пересечения с осью Y a вычисляют по формуле
Десятичный логарифм времени до разрушения xu вычисляют по формуле
xu = lgtu, (13)
где tu - время до разрушения, ч.
Для каждого отдельно измеренного значения от i = 1 до n вычисляют статистические показатели:
- наилучшее значение для истинного значения xi
(14)- наилучшее значение для истинного значения yi
(15)Дисперсию ошибки
(16)Переменные E и D вычисляют по формулам (17) и (18) соответственно:
(17)Дисперсию угла наклона прямой C вычисляют по формуле
C = D(1 + E). (19)
Если прямую предполагается экстраполировать, вычисляют значение T по формуле
(20)Если абсолютное значение T, то есть |T|, равно или больше, чем применяемое значение t-критерия Стьюдента tv, приведенное в таблице 2 для степеней свободы (n - 2), данные пригодны для экстраполяции.
Примечание - Расчет границ доверительного интервала не требуется, но в приложении D приведен порядок расчета нижних границ доверительного и прогнозируемого интервалов (LCL и LPL соответственно).
Таблица 2
за границы доверительного интервала 2,5%, двусторонний
уровень значимости 5%, доверительная вероятность 97,5%)
Таблица 3
регрессионного анализа
Суммы квадратов регрессионных остатков:
Qx = 0,79812;
Qy = 0,00088;
Qxy = -0,02484.
Коэффициент корреляции:
r2 = 0,87999;
r = 0,93808.
Функциональные зависимости:
;b = -0,03317;
a = 1,62731.
Расчет дисперсий (см. 3.2.4):
E = 3,5202·10-2;
D = 4,8422·10-6;
C = 5,0127·10-6 (дисперсия угла наклона прямой);
(дисперсия ошибки для x).Проверка пригодности к экстраполяции (см. 3.2.5):
n = 32;
tv = 2,0423;
T = -0,03317/(5,0127·10-6)0,5 = -14,8167;
|T| = 14,8167 > 2,0423.
Расчетные средние значения Vm в разные моменты времени приведены в таблице 4 и показаны на рисунке 1.
Таблица 4
![]() Ось X - логарифмическая шкала времени, ч;
ось Y - логарифмическая шкала значений исследуемого
свойства; 1 - 438 000 ч (50 лет); 2 - линия регрессии,
построенная по данным таблицы 4; 3 - точка данных
Рисунок 1 - Линия регрессии, построенная по данным таблицы 4
3.3.1 Общие положения
Сумму квадратов регрессионных остатков, параллельных оси Y, Sy вычисляют по формуле
(21)Сумму квадратов регрессионных остатков, параллельных оси X, Sx вычисляют по формуле
(22)Сумму квадратов регрессионных остатков, перпендикулярных прямой, Sxy вычисляют по формуле
(23)Среднеарифметическое значение по всем yi, Y вычисляют по формуле (5), среднеарифметическое значение по всем xi, X вычисляют по формуле (6).
Примечание - Если значение Sxy больше нуля, угол наклона прямой b положительный, если меньше нуля - отрицательный.
3.3.2 Пригодность данных
Квадратичный коэффициент корреляции r2 вычисляют по формуле
(24)Линейный коэффициент корреляции r вычисляют по формуле
r = |(r2)0,5|. (25)
Данные не пригодны для анализа, если значение линейного коэффициента корреляции r меньше, чем соответствующее минимальное допустимое значение линейного коэффициента корреляции, приведенное в таблице 1, в зависимости от количества переменных n.
Угол наклона прямой b вычисляют по формуле
(26)Точку пересечения с осью Y a вычисляют по формуле
a = Y - b·X. (27)
Если прямую предполагается экстраполировать, вычисляют значение M по формуле
(28)где tv - значение t-критерия Стьюдента, приведенное в таблице 2.
Если значение M меньше или равно нулю, данные не пригодны для экстраполяции.
3.3.5 Пример расчета
Таблица 5
регрессионного анализа
Суммы квадратов регрессионных остатков:
Sx = 31,6811;
Sy = 0,0347;
Sxy = -1,0242.
Коэффициент корреляции:
r2 = 0,9556;
r = 0,9775.
Функциональные зависимости (см. 3.3.3):
a = 3,8286;
b = -0,0323.
Проверка пригодности к экстраполяции (см. 3.3.4):
tv = 2,1604;
M = 942,21.
Расчетные средние значения Vm в разные моменты времени приведены в таблице 6.
Таблица 6
Расчетные средние значения Vm
4.1 Общие положения
В стандартах на методы испытаний труб и деталей трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном, установлены лимитирующие требования к долговременным свойствам. Некоторые из них установлены по результатам разрушающих испытаний, например, начальный окружной предел прочности при растяжении, другие - на основании фактических или расчетных физических свойств, например долговременная удельная кольцевая жесткость при ползучести или при релаксации.
Данные свойства необходимо экстраполировать на долговременный период (например, 50 лет) для утверждения проектирования продукции или ее соответствия установленным требованиям. Экстраполированное значение lgy, используя значения a и b, определенные в соответствии с 3.2 или 3.3, вычисляют по формуле
lgy = a + b·tL, (29)
где tL - десятичный логарифм долговременного периода, ч [для 50 лет (438 000 ч) tL = 5,64147].
В первом случае регрессионный анализ проводят для проектирования или расчета линейки продукции. При этом используют данные долговременных испытаний на определение начального окружного предела прочности при растяжении [1]. Данные долговременных разрушающих испытаний анализируют методом A регрессионного анализа. Для проектирования также необходимо анализировать данные кратковременных испытаний [2]. Проектирование напорных труб и деталей трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном, проводят в соответствии с приложением A.
4.3 Сравнение с требуемым значением
Во втором случае регрессионный анализ проводят для сравнения экстраполированного значения с минимальным требуемым значением. При этом используют данные испытаний на определение долговременной кольцевой деформации [3] и химической стойкости внутренней поверхности в условиях нагружения [4]. Данные долговременных разрушающих испытаний анализируют методом A регрессионного анализа.
В третьем случае регрессионный анализ проводят для определения долговременных свойств труб и деталей трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном, путем расчета экстраполированного значения, которое в дальнейшем используется производителем. При этом используют данные испытаний на определение долговременной удельной кольцевой жесткости при ползучести [5] или при релаксации [6]. Данные долговременных неразрушающих испытаний анализируют методом B регрессионного анализа.
(обязательное)
ПРОЕКТИРОВАНИЯ НАПОРНЫХ ТРУБ И ДЕТАЛЕЙ ТРУБОПРОВОДОВ
ИЗ РЕАКТОПЛАСТОВ, АРМИРОВАННЫХ СТЕКЛОВОЛОКНОМ
A.1 Основные положения
Порядок проектирования, описанный в настоящем приложении, используют для определения минимальных рабочих характеристик давления для труб и деталей трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном, изготовленных в соответствии с [7]. В настоящем приложении приведены рекомендуемые минимальные долговременные коэффициенты запаса прочности при растяжении относительно рабочих характеристик изделия.
Примечание - Аналогичный порядок проектирования напорных труб и деталей трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном, приведен в [8] и [9].
Реактопласты, армированные стекловолокном, подвержены ползучести при прилагаемых нагрузках. Трубы и детали трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном, испытывают для определения характеристик регрессионного анализа, поскольку эти характеристики зависят от технологии производства и используемого сырья.
Порядок проектирования, приведенный в настоящем приложении, основан на принципе производства, при котором трубы и детали трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном, изготавливают по определенному проекту с использованием определенного технологического процесса и определенных материалов, а затем испытывают в соответствии с методом регрессионного анализа, например в [1], с аналогичными характеристиками регрессионного анализа. Данные, полученные в ходе испытаний, анализируют с помощью метода A настоящего стандарта. Угол наклона прямой, рассчитанный в результате регрессионного анализа, представляет собой общую характеристику регрессионного анализа изделий, изготовленных из аналогичных материалов с использованием аналогичных технологических процессов. Для изделий, изготовленных из аналогичных материалов с использованием аналогичных технологических процессов, характеристики регрессионного анализа сильно не отличаются, то есть изделия разного диаметра и толщины дают схожие результаты.
Свойства изделий из реактопластов, армированных стекловолокном имеют внутреннюю изменчивость, но предполагается, что на производстве применяется система контроля качества, позволяющая определить коэффициент вариации и приемлемый уровень качества для начального окружного предела прочности при растяжении.
A.2 Минимальные значения долговременных коэффициентов запаса прочности при растяжении
Большинство напорных труб и деталей трубопровода из реактопластов, армированных стекловолокном, укладывают под землей, при этом они подвергаются воздействию нагрузок от внутреннего давления и испытывают деформацию в результате нагрузки от веса грунта и движения транспорта. Учет этих комбинированных нагрузок и анализ влияния этих значений на вероятность разрушения в течение 50 лет показал, что комбинированный коэффициент запаса прочности,
Минимальное значение кольцевой деформации зависит от жесткости трубы, которая определяет пределы деформации из-за изгиба. Зная минимальное приемлемое значение комбинированного коэффициента запаса прочности
и соответственно), которые приведены в таблице A.1.Таблица A.1
долговременных коэффициентов запаса прочности
при растяжении
и ![]()
Минимальные долговременные коэффициенты запаса прочности при растяжении, приведенные в таблице A.1, применяют, когда коэффициент вариации Y для среднего начального разрушающего давления P0,среднее не превышает 9%. Если коэффициент вариации более 9%, то применимый минимальный долговременный коэффициент запаса прочности при растяжении
или вычисляют по формулам:Y - коэффициент вариации для среднего начального разрушающего давления P0,среднее, установленный по результатам работы системы контроля качества предприятия при регулярном тестировании труб определенного класса давления, %.
Характеристики регрессионного анализа труб и деталей трубопроводов из реактопластов, армированных волокном, определяют на образцах, отобранных произвольно из труб одного класса давления и жесткости, в ходе серий испытаний по определению начального разрушения и характеристик регрессионного анализа для давления. Часть образцов используют в долговременных испытаниях на определение характеристик регрессионного анализа для давления в соответствии с [1], часть - для определения среднего начального разрушающего давления (P0,среднее) в соответствии с [2].
На основе результатов испытаний по определению долговременного давления определяют линию регрессии с использованием метода A настоящего стандарта. По проецируемым точкам линии регрессии в точках 0,1 ч (6 мин.) и 438 000 ч (50 лет) определяют значения разрушающего давления P6 и P50 (см. рисунок A.1).
Коэффициент регрессии давления RRP определяют по формуле
![]() Ось X - логарифмическая шкала времени, ч;
ось Y - логарифмическая шкала давления, бар <1>;
1 - 438 000 ч (50 лет); 2 - результаты испытаний
по определению долговременного давления; 3 - 6 мин.;
4 - результаты испытаний по определению начального
давления; P0 - начальное разрушающее давление;
P6 - разрушающее давление через 6 мин.;
P50 - разрушающее давление через 50 лет
--------------------------------
A.4 Определение расчетного давления
A.4.1 Определение P6,min
Целью определения долговременного давления является установление характеристик регрессионного анализа. Долговременное разрушающее давление, полученное в ходе испытания, относится только к испытанным трубам. Если предполагаемое значение долговременного разрушающего давления не соответствует минимальным долговременным проектным требованиям для класса давления испытуемой трубы, характеристику регрессионного анализа можно использовать при проектировании. Однако в отношении оценки конкретного испытанного класса давления труб испытание показывает несоответствие изготовленной трубы требованиям по долговременным характеристикам.
Используя требуемое значение PN, определяют соответствующее значение
по таблице A.1 или по формуле (A.1) и вычисляют минимальное разрушающее давление через 50 лет P50,min по формулегде PN - номинальное давление, бар.
Используя значение коэффициента регрессии давления RRP, рассчитанное по формуле (A.3), и значение минимального разрушающего давления через 50 лет P50,min, рассчитанное по формуле (A.4), минимальное разрушающее давление через 6 мин. P6,min вычисляют по формуле
(A.5)A.4.2 Определение расчетного минимального начального разрушающего давления P0,d
На результаты испытаний по определению начального разрушающего давления влияет скорость увеличения давления: чем выше скорость увеличения давления, тем выше начальное разрушающее давление. Для учета скорости увеличения давления в порядок проектирования вводят поправочный коэффициент C.
Поправочный коэффициент C для начального разрушения вычисляют по формуле
(A.6)где P0 - начальное разрушающее давление, вычисленное в ходе регрессионных испытаний, описанных в A.3, бар;
P6 - разрушающее давление через 6 мин., бар.
Нижнюю границу доверительного интервала при доверительной вероятности 97,5% для начального разрушающего давления (минимальное начальное разрушающее давление) P0,min вычисляют по формуле
P0,min = C·P6,min. (A.7)
Расчетное минимальное начальное разрушающее давление P0,d вычисляют по формуле
(A.8)где Y - коэффициент вариации для среднего начального разрушающего давления P0,среднее, установленный по результатам работы системы контроля качества предприятия при регулярном тестировании труб определенного класса давления, %;
1,96 - множитель для доверительной вероятности 97,5%.
Графическое представление данного расчета приведено на рисунке A.2.
![]() Ось X - логарифмическая шкала времени, ч;
ось Y - логарифмическая шкала давления, бар;
1 - линия нижней границы доверительного интервала
при доверительной вероятности 97,5%;
P0,d - расчетное минимальное начальное разрушающее давление;
P0,min - минимальное начальное разрушающее давление; a -
где
разрушающего давления, полученное из системы контроля
качества; P6,min - минимальное разрушающее
давление через 6 мин.; P50,min - минимальное
разрушающее давление через 50 лет
начального разрушающего давления P0,d
A.5 Порядок контроля P0,d
Чтобы убедиться, что долговременный коэффициент запаса прочности при растяжении, относящийся к 97,5% LCL через 50 лет
и долговременный коэффициент запаса прочности, относящийся к среднему значению минимального разрушающего давления через 50 лет (P50,среднее,min) соблюдаются, выполняют следующие расчеты по определению расчетного минимального начального разрушающего давления P0,d (см. рисунок A.3):- значение P6,среднее вычисляют по формуле
(A.9)- значение P50,среднее вычисляют по формуле
- минимальное значение P50,среднее вычисляют по формуле
где
- долговременный коэффициент запаса прочности при растяжении, относящийся к среднему значению минимального разрушающего давления через 50 лет (P50,среднее,min), из таблицы A.1 или рассчитанный по формуле (A.2);- если P50,среднее, рассчитанное по формуле (A.10), больше или равно значению P50,среднее,min, рассчитанному по формуле (A.11), то значение P0,d является достаточным для удовлетворения требований по минимальному значению долговременного коэффициента запаса прочности, относящегося к среднему значению. В противном случае P0,d необходимо увеличивать, пока данное требование не будет соблюдено. Соблюдение данного требования также обеспечивает удовлетворение требований по минимальному значению долговременного коэффициента запаса прочности при растяжении, относящегося к 97,5% LCL через 50 лет, так как P50,среднее,min включает в себя значение
![]() Ось X - логарифмическая шкала времени, ч;
ось Y - логарифмическая шкала давления, бар;
1 - линия нижней границы доверительного интервала
при доверительной вероятности 97,5%; 2 - средняя линия;
3 -
; 4 - ; P0,d - расчетноеминимальное начальное разрушающее давление;
P0,min - минимальное начальное разрушающее давление;
a -
начального разрушающего давления, полученное из системы
контроля качества; P6,min - минимальное разрушающее давление
через 6 мин.; P6,среднее - среднее разрушающее давление
через 6 мин.; P50,min - минимальное разрушающее давление
через 50 лет; P50,среднее,min - среднее минимальное
разрушающее давление через 50 лет; P50,среднее - среднее
разрушающее давление через 50 лет
средних значений разрушающего давления
A.6 Оценка характеристик напорных изделий
Используя результаты испытаний начального разрушающего давления, выполненных для определенного класса труб за определенный период времени, вычисляют среднее начальное разрушающее давление P0,среднее и стандартное отклонение
(A.12)Для оценки изделия, спроектированного с использованием изложенного метода, система контроля качества должна быть способна подтвердить соответствие изделия требованиям по минимальному давлению, а также установить, является ли среднее начальное разрушающее давление P0,среднее большим или равным расчетному минимальному начальному разрушающему давлению P0,d.
(справочное)
ВЗАИМОСВЯЗЕЙ ВТОРОГО ПОРЯДКА
B.1 Общие положения
Используя данный метод, строят кривую, задаваемую формулой
y = c + dx + ex2, (B.1)
где y - десятичный логарифм значения исследуемого свойства;
c - точка пересечения с осью Y;
d, e - коэффициенты двух порядков переменной x;
x - десятичный логарифм времени, ч.
B.2 Переменные
Вычисляют следующие переменные:
-
-
-
-
-
-
- квадрат суммы всех отдельно измеренных значений y;-
-
- сумму произведений соответствующих отдельно измеренных значений xi, yi;-
- сумму произведений соответствующих отдельно измеренных значений - сумму квадратов остатков, параллельных оси X, Sx для линейного участка, вычисляют по формуле
(B.2)где X - среднеарифметическое значение по всем xi, вычисляют по формуле (B.3)
(B.3)- сумму квадратов остатков, параллельных оси X, Sxx для квадратичного участка вычисляют по формуле
(B.4)- сумму квадратов остатков, параллельных оси Y, Sy вычисляют по формуле
(B.5)где Y - среднеарифметическое значение по всем yi, вычисляют по формуле (B.6)
(B.6)- сумму квадратов остатков, перпендикулярных кривой, Sxy для линейного участка вычисляют по формуле
(B.7)- сумму квадратов остатков, перпендикулярных кривой, Sxxy для квадратичного участка вычисляют по формуле
(B.8)B.3 Система решения
Переменные c, d и e вычисляют из следующей матрицы
![]() (B.9)![]() B.4 Пригодность данных
Квадратичный коэффициент корреляции r2 вычисляют по формуле
(B.10)Линейный коэффициент корреляции r вычисляют по формуле
r = |(r2)0,5|. (B.11)
Данные непригодны для анализа, если значение линейного коэффициента корреляции меньше, чем соответствующее минимально допустимое значение линейного коэффициента корреляции, приведенное в таблице 1, в зависимости от количества переменных n.
B.5 Проверка пригодности к экстраполяции
Если кривую предполагается экстраполировать, вычисляют значение M по формуле
(B.12)Если значение M меньше или равно нулю, данные непригодны для экстраполяции.
B.6 Пример расчета
-
![]() -
![]() -
![]() -
![]() -
![]() -
![]() -
![]() -
![]() -
![]() Суммы квадратов остатков:
Sx = 31,6811;
Sxx = 386,638;
Sy = 0,0347;
Sxy = -1,0242;
Sxxy = -3,0418.
Система решения:
c = 3,8288;
d = -0,0262;
e = -0,0022.
Коэффициент корреляции:
r2 = 0,9647;
r = 0,9822.
Проверка пригодности к экстраполяции:
tv = 2,1604;
M = 15859,6.
Расчетные средние значения Vm в разные моменты времени приведены в таблице B.1 и показаны на рисунке B.1.
Таблица B.1
![]() Ось X - логарифмическая шкала времени, ч;
ось Y - логарифмическая шкала значений исследуемого
свойства; 1 - 438 000 ч (50 лет); 2 - линия регрессии,
построенная по данным таблицы B.1; 3 - точка данных
по данным таблицы B.1
(справочное)
C.1 Общие положения
В настоящем приложении приведен нелинейный метод анализа данных, полученных по результатам долговременных испытаний образцов труб и деталей трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном, на жесткость, выведены следующие формулы для расчета:
- четырех параметров метода, то есть a, b, c и d;
- доверительного и прогнозируемого интервалов для кривой.
Примечание - Данные и порядок проведения метода относятся к долговременным испытаниям на жесткость, но метод также может быть применен к данным, соответствующим математической модели и требующим экстраполяции на 50 лет.
C.2 Модель
Нелинейный метод анализа можно выразить как модель, состоящую из двух взаимосвязанных линейных регрессионных моделей - линия 1 и линия 2. Порядок расчета для линии 1 применяют в расчетах для линии 2 для получения четырех параметров модели, которые используют для расчета долговременного значения исследуемого свойства.
C.2.1.1 Определение параметров Yi, xi и yi
Yi вычисляют по формуле
где Si - значение исследуемого свойства.
xi вычисляют по формуле
где Ti - время, ч.
yi вычисляют по формуле
Среднеарифметическое значение xi
(C.4)Среднеарифметическое значение yi
Формулы (C.1) - (C.5) относятся к отдельно измеренным значениям исследуемого свойства Si через разные периоды времени проведения испытаний xi.
C.2.1.2 Определение параметров a и b
Начальное значение параметра a0 вычисляют по формуле
Начальное значение параметра b0 вычисляют по формуле
C.2.1.3 Определение методом наименьших квадратов оценок
Оценку
(C.8)Оценку
(C.9)Несмещенную оценку
(C.10)где RSS - сумма квадратов остатков, вычисляют по формуле (C.11)
(C.11)C.2.1.4 Определение оценки параметров c и d
Оценку параметра c
Оценку параметра d
C.2.2.1 Определение параметров Xi, Yi,
Xi вычисляют по формуле
Yi вычисляют по формуле
Yi = lg(Si). (C.15)
Среднеарифметическое значение Xi
(C.16)Среднеарифметическое значение Yi
(C.17)C.2.2.2 Определение методом наименьших квадратов оценок
Оценку
(C.18)Оценку
(C.19)Несмещенную оценку
(C.20)где RSS - сумма квадратов остатков, вычисляют по формуле
(C.21)При этом должно соблюдаться неравенство
(C.22)C.2.2.3 Определение доверительного и прогнозируемого интервалов
Дисперсию для
(C.23)Дисперсию для
(C.24)Оценку среднеквадратической ошибки для
(C.25)Оценку среднеквадратической ошибки для
(C.26)Доверительный интервал при доверительной вероятности 100%
где
Прогнозируемый интервал при доверительной вероятности 100% YX для линии 2 как функция от X вычисляют по формуле
где
C.2.2.4 Проверка параметров a и b по t-критерию Стьюдента
Чтобы проверить, равны ли нулю
Pr(|t| < tp) = P, (C.32)
где t - t-критерий Стьюдента с числом степеней свободы (n - 2).
Из статистических таблиц для P = 90% t = 1,771.
Из статистических таблиц для P = 95% t = 2,160.
Если значения t для
C.2.2.5 Расчет долговременной (50 лет) жесткости
Формулы, приведенные в C.2.1 и C.2.2, являются стандартными формулами линейной регрессии. Значение долговременной жесткости, его доверительный и прогнозируемый интервалы рассчитывают по формулам (C.35) - (C.37).
Используя формулу (C.31), экстраполированную долговременную жесткость
Используя формулу (C.27), доверительный интервал для экстраполированной долговременной жесткости
(C.36)Используя формулу (C.29), прогнозируемый интервал для экстраполированной долговременной жесткости Y50 лет вычисляют по формуле
Преобразуют логарифмические значения формул (C.35) - (C.37) обратно в значения жесткости по формулам (C.38) - (C.40).
Экстраполированную долговременную жесткость S50 лет, Н/м2, вычисляют по формуле
Доверительный интервал при доверительной вероятности 90% для экстраполированной долговременной жесткости
, Н/м2, вычисляют по формуле (C.39)Прогнозируемый интервал при доверительной вероятности 90% для экстраполированной долговременной жесткости Y(S)50 лет, Н/м2, вычисляют по формуле
C.3 Пример расчета
Таблица C.1
нелинейного метода анализа
C.3.1 Порядок расчета для линии 1
C.3.1.1 Определение параметров Yi, xi и yi
Значения Yi, xi и yi приведены в таблице C.1.
(C.41) (C.42)C.3.1.2 Определение параметров a и b
a0 = 0,995(Yi)min = 0,995·3,696793 = 3,678309. (C.43)
b0 = 1,005(Yi)max - a0 = 1,005·3,852114 -
- 3,678309 = 0,193066. (C.44)
C.3.1.3 Определение методом наименьших квадратов оценок
Используя значения из таблицы C.2, рассчитывают
(C.45) (C.46) (C.47)где
(C.48)C.3.1.4 Определение оценки параметров c и d
Используя значения
(C.49) (C.50)Результаты расчета для линии 1 приведены в таблице C.2.
Таблица C.2
C.3.2 Порядок расчета для линии 2
C.3.2.1 Определение параметров Xi, Yi,
Значения Xi и Yi - приведены в таблице C.3.
(C.51) (C.52)C.3.2.2 Определение методом наименьших квадратов оценок
Оценку
(C.53)Оценку
(C.54)Сумму квадратов остатков RSS вычисляют по формуле
(C.55)Несмещенную оценку
(C.56)Проверяют соблюдения неравенства
Расчет значений (Yi)max = 3,852114, (Yi)min = 3,696793,
и показывает, что неравенство (C.57) соблюдается.C.3.2.3 Определение доверительного и прогнозируемого интервалов
Дисперсию для
(C.58)Дисперсию для
![]() Используя значение
(C.60)Используя значение
(C.61)Доверительный интервал при доверительной вероятности 90%
C.3.2.4 Проверка параметров a и b по t-критерию Стьюдента
Чтобы проверить, равны ли нулю
Pr(|t|< tp) = P, (C.62)
где t - t-критерий Стьюдента с числом степеней свободы (n - 2).
Из статистических таблиц для P = 90% t = 1,771.
Из статистических таблиц для P = 95% t = 2,160.
Если значения t для
Согласно результатам проверки
С.3.2.5 Расчет долговременной (50 лет) жесткости
Экстраполированную долговременную жесткость
Доверительный интервал для экстраполированной долговременной жесткости
(C.66)Прогнозируемый интервал для экстраполированной долговременной жесткости Y50 лет вычисляют по формуле
Преобразуя логарифмические значения формул (C.65) - (C.67) обратно в значения жесткости по формулам, получают:
- экстраполированная долговременная жесткость S50 лет, Н/м2, равна
(C.68)- доверительный интервал при доверительной вероятности 90% для экстраполированной долговременной жесткости
, Н/м2, равен (C.69)- прогнозируемый интервал при доверительной вероятности 90% для экстраполированной долговременной жесткости Y(S)50 лет, Н/м2, равен
(C.70)Результаты расчета для линии 2 приведены в таблице C.3, преобразованные логарифмические значения нелинейного метода анализа приведены в таблице C.4.
Таблица C.3
Таблица C.4
нелинейного метода анализа
C.4 Описание и комментарии по данным и модели
В настоящем приложении использована процедура последовательной линеаризации. Эта процедура недостаточно оптимальна для целей настоящего стандарта. Например, при прогнозировании значения жесткости на 50 лет (экстраполированная долговременная жесткость S50 лет) важны только параметр a и связанные с ним оценки погрешностей измерения для S и a. Четырехпараметрическая модель для процедуры линеаризации выражается формулой
где S - жесткость, Н/м2;
T - время, ч;
i - индекс отдельного измерения.
Четырехпараметрическая модель линейна по параметрам a и b и нелинейна по параметрам c и d. Поэтому разработанный статистический анализ, предназначенный для получения всех необходимых оценок и интервалов, требует объемных алгебраических расчетов.
C.4.1 Линия 1
Линия 1 - перезапись модели, выраженной формулой (C.71), для отображения времени как функции от жесткости с добавлением компоненты случайной ошибки для полного описания стандартной линейной регрессионной модели. Модель линии 1 вычисляют преобразованием оси Y с использованием предварительных оценок для a и b по формуле
где xi - логарифмическое значение времени, вычисляют по формуле (C.73);
e1,i ~ N (0,
Примечания
1 Случайная ошибка e1,i указывает на нормальное распределение результатов измерений и изменение образца при постоянных условиях испытания.
2 1 мин. в формуле (C.73) добавлена для обеспечения примерного совпадения нулей по осям времени и логарифма времени.
Соответственно A и B вычисляют по формулам:
(C.74) (C.75)c и d вычисляют по формулам:
c = -(AB-1 + lg60), (C.76)
d = -B-1. (C.77)
Для оценки параметров c и d могут быть использованы начальные значения параметров a и b, получаемые из минимального и максимального значений жесткости. Но при этом модель для линии 1 требует выполнения неравенства
, которое может не выполняться для начальных значений. Принимая, что модель для линии 1 хорошо соответствует данным и ошибка измерений мала, формулу (C.72) заменяют на следующую формулу (C.78)Начальные значения параметров a0 и b0 вычисляют по формулам (C.6) и (C.7) соответственно.
В качестве альтернативного варианта, можно получить значения параметров a, b, c и d, используя подходящее статистическое программное обеспечение, способное рассчитать точные значения этих переменных путем итераций или с использованием правильно заданного критерия наименьших квадратов. Но такое программное обеспечение не способно рассчитать стандартные погрешности или доверительные интервалы.
C.4.2 Линия 2
Линия 2 - перезапись модели, выраженной формулой (C.71), в виде простой линейной зависимости жесткости от преобразованного времени с использованием оценок линии 1 для параметров c и d. Модель линии 2 вычисляют по формуле
Yi = a + bXi + e2,i, i = 1, ..., n, (C.79)
где Xi - преобразованное значение времени, вычисляют по формуле (C.80);
e2,i ~ N (0,
Примечание - Случайная ошибка e2,i указывает на нормальное распределение результатов измерений и изменение образца при постоянных условиях испытания.
С учетом оценок для параметров c и d, полученных по расчету для линии 1 или с использованием подходящего статистического программного обеспечения, модель линии 2 можно использовать для повторной оценки параметров a и b. Доверительные и прогнозируемые интервалы для линии 2 получают с использованием стандартных статистических методов для линейных моделей и путем обратного преобразования жесткости как функции времени.
C.4.3 Дополнительные данные
C.4.3.1 Расчет начальной жесткости
Используя результаты измерений жесткости за период до 10 000 ч, вычисляют начальные значения параметров a0 и b0 по формулам (C.6) и (C.7) соответственно. Для этих данных начальное значение параметра a0 является также логарифмическим значением экстраполированной долговременной жесткости S50 лет, которое можно рассчитать по формуле
a0 = lg(S50 лет). (C.81)
Используя формулу (C.81), экстраполированную долговременную жесткость S50 лет, Н/м2, можно рассчитать по формуле
(C.82)Начальное значение параметра b0 - это изменение между логарифмическими значениями начальной жесткости S0 и экстраполированной долговременной жесткости S50 лет, которое можно рассчитать по формуле
b0 = lg(S0/S50 лет). (C.83)
Используя формулу (C.83), начальную жесткость S0, Н/м2, вычисляют по формуле
(C.84)или, используя формулу
a0 + b0 = lg(S0), (C.85)
начальную жесткость S0, Н/м2, вычисляют по формуле
(C.86)C.4.3.2 Аппроксимация линии 1
Аппроксимация линии 1 приведена на рисунке C.1.
Примечание - Данные для построения рисунка C.1 приведены в таблице C.2.
![]() Ось X - значения xi; ось Y - значения yi;
линия тренда -
; C.4.3.3 Аппроксимация линии 2
Аппроксимация линии 2 и кривые зависимости жесткости от времени с наложением доверительных и прогнозируемых интервалов приведены на рисунках C.2 - C.4.
Примечания
1 Данные для построения рисунка C.2 приведены в таблице C.3.
![]() Ось X - значения Xi; ось Y - значения Yi;
при доверительной вероятности 90%;
граница доверительного интервала при доверительной
вероятности 90%;
YL - нижняя граница прогнозируемого интервала
при доверительной вероятности 90%;
YU - верхняя граница прогнозируемого интервала
при доверительной вероятности 90%;
доверительные и прогнозируемые интервалы
![]() Ось X - значения xi; ось Y - значения Si;
интервала при доверительной вероятности 90%;
интервала при доверительной вероятности 90%;
Shat - линия тренда для линии 2; Y(S)L - преобразованная
нижняя граница прогнозируемого интервала
при доверительной вероятности 90%; Y(S)U - преобразованная
верхняя граница прогнозируемого интервала
при доверительной вероятности 90%;
времени, включая доверительные и прогнозируемые интервалы
![]() Ось X - значения Ti; ось Y - значения Si;
интервала при доверительной вероятности 90%;
интервала при доверительной вероятности 90%;
Shat - линия тренда для линии 2; Y(S)L - преобразованная
нижняя граница прогнозируемого интервала
при доверительной вероятности 90%;
Y(S)U - преобразованная верхняя граница
прогнозируемого интервала при доверительной
вероятности 90%;
включая доверительные и прогнозируемые интервалы
(справочное)
И ПРОГНОЗИРУЕМОГО ИНТЕРВАЛОВ ДЛЯ МЕТОДА A
D.1 Расчет величин и дисперсий
Величину B вычисляют по формуле
B = -D·X(1 + E). (D.1)
Дисперсию A для a вычисляют по формуле
(D.2)Дисперсию
(D.3)где xL - логарифм времени h, ч.
Дисперсию ошибки
(D.4)Общую дисперсию
Стандартное отклонение
(D.6)D.2 Расчет нижних границ доверительного и прогнозируемого интервалов
Прогнозируемое значение yL для y при xL вычисляют по формуле
yL = a + b·xL, (D.7)
где a - точка пересечения с осью Y, вычисляют по формуле (12);
b - угол наклона прямой, вычисляют по формуле (11).
Нижнюю границу прогнозируемого интервала при доверительной вероятности 95% yL0,95 для yL вычисляют по формуле
(D.8)где tv - значение t-критерия Стьюдента из таблицы 2.
Преобразованное логарифмическое значение нижней границы прогнозируемого интервала LPL при доверительной вероятности 95% для xL вычисляют по формуле
(D.9)Если в формуле (D.5) задать значение
, это позволит рассчитать нижнюю границу доверительного интервала LCL при доверительной вероятности 95%.D.3 Пример расчета
Для примера расчета нижних границ доверительного и прогнозируемого интервалов использованы данные, приведенные в 3.2.6 и таблице 4.
Величины и дисперсии:
B = -1,469·10-5;
A = 4,6673·10-5.
Для 50 лет (438 000 ч):
; .В таблице D.1 приведены расчетные значения LCL и LPL (см. таблицу 4).
Таблица D.1
Расчетные значения Vm, LCL и LPL
(справочное)
ПРИМЕНЕННОГО МЕЖДУНАРОДНОГО СТАНДАРТА
ДА.1
3.2.6 Оценка статистических процедур примером расчета
Данные, приведенные в таблице 3, использованы в следующем примере для помощи в проверке статистических процедур, а также компьютерных программ и электронных таблиц, принятых пользователями. Они должны давать результаты, аналогичные тем, которые получают при расчете по формулам, приведенным в настоящем международном стандарте. В данном примере исследуемое свойство обозначено V, значения которого имеют типичные модули и не имеют особых элементов. Из-за погрешностей округления точное совпадение результатов маловероятно, поэтому для того, чтобы процедура расчета была приемлемой, результаты, полученные для r, r2, b, a и средних значений V и Vm должны совпадать в пределах +/- 1% от значений, приведенных в примере. Значения других статистических величин приведены для упрощения проверки процедуры.
Примечание - Данный раздел международного стандарта изменен в соответствии с требованиями ГОСТ 1.5-2001 (п. 4.1.2).
ДА.2
3.3.5 Оценка статистических процедур примером расчета
Данные, приведенные в таблице 5, использованы в следующем примере для помощи в проверке статистических процедур, а также компьютерных программ и электронных таблиц, принятых пользователями. Они должны давать результаты, аналогичные тем, которые получаются при расчете по формулам, приведенным в настоящем международном стандарте. Используют данные таблицы 5 для расчета в соответствии с процедурами, описанными в п. 3.3.2 - 3.3.4, чтобы убедиться, что статистические процедуры, используемые совместно с данным методом, дают результаты для r, r2, b, a и Vm, совпадающие в пределах +/- 1% со значениями, приведенными в примере.
Примечание - Данный раздел международного стандарта изменен в соответствии с требованиями ГОСТ 1.5-2001 (п. 4.1.2).
ДА.3
B.6 Оценка статистических процедур на примере расчета
Используют данные таблицы 5 в процедурах расчета, описанных в разделах B.1 - B.5, чтобы убедиться, что статистические процедуры, используемые с данным методом, дают результаты для r, r2, b, a и Vm, совпадающие в пределах +/- 0,1% со значениями, приведенными в примере (n = 15).
Примечание - Данный раздел международного стандарта изменен в соответствии с требованиями ГОСТ 1.5-2001 (п. 4.1.2).
ДА.4
C.3 Оценка статистических процедур на примере расчета
Используют данные таблицы C.1 в процедурах расчета, описанных в разделах C.2.1 - C.2.5, чтобы убедиться, что статистические процедуры, используемые с данным методом, дают результаты, совпадающие в пределах +/- 0,1% со значениями, приведенными в примере (n = 15).
Примечание - Данный раздел международного стандарта изменен в соответствии с требованиями ГОСТ 1.5-2001 (п. 4.1.2).
Вернуться в "Каталог нормативных документов"
Источник информации: https://internet-law.ru/documents/prod/gost-r_gosudarstvennyj-standart/6/gost_96161.html
На правах рекламы:
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||