實(shí)驗(yàn)一  拉伸實(shí)驗(yàn)報(bào)告
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br />1、掌握如何正確進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)的測(cè)量；
2、通過(guò)對(duì)拉伸實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作，測(cè)定低碳鋼的彈性模量 E、屈服極限бs、 強(qiáng)度極限бb 、延伸率δ 、截面收縮率 ψ；
3、觀察在拉伸過(guò)程中的各種現(xiàn)象，繪制拉伸圖（P―Δ曲線） ；
4、通過(guò)適當(dāng)轉(zhuǎn)變，繪制真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線S-e，測(cè)定應(yīng)變硬化指數(shù)n ，并了解其實(shí)際意義。
二、實(shí)驗(yàn)器材與設(shè)備
  1、電子材料試驗(yàn)機(jī)（載荷、變形、位移）
     其設(shè)備如下：

2、變形傳感器（引申儀）
      型     號(hào)  ∶YJ Y―11
      標(biāo)  距  L  ∶50 mm
      量  程 ΔL∶ 25mm

3、拉伸試件
      為了使試驗(yàn)結(jié)果具有可比性，按GB228-2002規(guī)定加工成標(biāo)準(zhǔn)試件。
  其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格為：L0=5d0，d0=10mm。
     試件的標(biāo)準(zhǔn)圖樣如下：標(biāo)準(zhǔn)試件圖樣

三、實(shí)驗(yàn)原理與方法

1、低碳鋼拉伸

隨著拉伸實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，試件在連續(xù)變載荷作用下經(jīng)歷了彈性變形階段、屈服階段、強(qiáng)化階段以及局部變形階段這四個(gè)階段。
其拉伸力——伸長(zhǎng)曲線如下：

彈性階段  屈服階段       強(qiáng)化階段        局部變形階段

低碳鋼的拉伸力——伸長(zhǎng)曲線

2、低碳鋼彈性模量 E的測(cè)定

在已經(jīng)獲得的拉伸力—伸長(zhǎng)曲線上取伸長(zhǎng)長(zhǎng)度約為標(biāo)距的1%~8%的相互距離適當(dāng)?shù)膬牲c(diǎn)（本實(shí)驗(yàn)選取了伸長(zhǎng)為4%和8%的兩點(diǎn)），讀出其力和伸長(zhǎng)帶入相關(guān)的計(jì)算公式計(jì)算出彈性模量E。

3、應(yīng)變硬化指數(shù)n的測(cè)定

在金屬整個(gè)變形過(guò)程中，當(dāng)外力超過(guò)屈服強(qiáng)度之后，塑性變形并不是像屈服平臺(tái)那樣連續(xù)流變下去，而需要不斷增加外力才能繼續(xù)進(jìn)行。這表明金屬材料有一種阻止繼續(xù)塑性變形的能力，這就是應(yīng)變硬化性能。塑性應(yīng)變是硬化的原因，而硬化則是塑性應(yīng)變的結(jié)果。應(yīng)變硬化是位錯(cuò)增值，運(yùn)動(dòng)受阻所致。

準(zhǔn)確全面描述材料的應(yīng)變硬化行為，要使用真實(shí)應(yīng)力——應(yīng)變曲線。因?yàn)楣こ虘?yīng)力——應(yīng)變曲線上的應(yīng)力和應(yīng)變是用試樣標(biāo)距部分原始截面積和原始標(biāo)距長(zhǎng)度來(lái)度量的，并不代表實(shí)際瞬時(shí)的應(yīng)力和應(yīng)變。當(dāng)載荷超過(guò)曲線上zui大值后，繼續(xù)變形，應(yīng)力下降，此與材料的實(shí)際硬化行為不符。

在拉伸真實(shí)應(yīng)力——應(yīng)變曲線上，在均勻塑性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變之間符合Hollomon關(guān)系式
S=Ken

式中，S為真實(shí)應(yīng)力；K為硬化系數(shù)，亦稱強(qiáng)度系數(shù)，是真實(shí)應(yīng)變等于1.0時(shí)的真實(shí)應(yīng)力；e為真實(shí)應(yīng)變；n為應(yīng)變硬化指數(shù)。

 應(yīng)變硬化指數(shù)n反映了金屬材料抵抗均勻塑性變形的能力，是表征金屬材料應(yīng)變硬化行為的性能指標(biāo)。

根據(jù)GB5028-85，應(yīng)變硬化指數(shù)n的計(jì)算過(guò)程如下：

首先，要繪制出真實(shí)的應(yīng)力——應(yīng)變曲線，然后根據(jù)在塑性變形階段下：      真應(yīng)力 S=F/A          真應(yīng)變 e=△L/L

根據(jù)塑性變形時(shí)體積不變的條件：
          dV =0      V=AL

由① ②聯(lián)立求解得：

此式為頸縮判據(jù)。
在頸縮點(diǎn)
Sb=KeBn       dSb/deB=KneBn-1
故：    KeBn=KneBn-1
即：      n = eB
故可求出應(yīng)變硬化指數(shù)n的值。
4、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)修約 （GB228―87）
     測(cè)定的機(jī)械性能的數(shù)值修約，按照GB1.1－81執(zhí)行。

若應(yīng)力在200～1000MPa范圍，
 應(yīng)力計(jì)算的尾數(shù)<2.5，則舍去；
 計(jì)算的尾數(shù)≥2.5或<7.5,則取5；
 計(jì)算的尾數(shù)≥7.5，則取10

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
1、實(shí)驗(yàn)所得數(shù)值結(jié)果

標(biāo)距 直徑 斷面收縮率 屈服強(qiáng)度 下屈服力 zui大力 抗拉強(qiáng)度 彈性模量 斷后伸長(zhǎng)率 應(yīng)變硬化指數(shù)
L0 d Z Re Fel Fm Rm E A n
mm mm % N/mm^2 kN kN N/mm^2 10^5N/mm % 
100.5 10 66.36 293.3 23.04 34.89 444.2 2.04 31.90 0.28

2、實(shí)驗(yàn)所得力——位移曲線

3、力——變形曲線

修約處理后數(shù)據(jù)整理 ：
屈服極限     бs =  295  MPa
強(qiáng)度極限     бb =  445  MPa
延伸率       δ =   66    %
截面收縮率   Ψ=   32    %
應(yīng)變硬化指數(shù) n =0.28
五、 實(shí)驗(yàn)步驟
1、根據(jù)GB228-2002選取標(biāo)準(zhǔn)試件；
2、將試件放入電子材料試驗(yàn)機(jī)CSS-44200中（放入過(guò)程應(yīng)緩慢，以免損壞試件）并連接；
3、將變形傳感器接入試件中心部位并連接；
4、通過(guò)微機(jī)處理系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)定；
5、開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；
6、當(dāng)變形量達(dá)到5mm時(shí)，暫停加載，并將變形傳感器卸下，之后繼續(xù)加載；
7、在接入塑性變形階段后，可提高加載速率，試件斷裂時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)與心得體會(huì)
通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，覺(jué)得自己更深地掌握了相關(guān)知識(shí)。對(duì)于材料性能測(cè)試中的拉伸實(shí)驗(yàn)也有了進(jìn)一步的了解。
實(shí)驗(yàn)中，在儀器不斷施加變載荷的情況下，試件也經(jīng)歷了不同的階段。在彈性變形階段中，如果將所施加的力卸載，由于彈性變形是可恢復(fù)變形，所以卸載之后的試件恢復(fù)到原樣。當(dāng)試件繼續(xù)加載到屈服階段時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生屈服效應(yīng)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在這一階段當(dāng)力在不斷增加時(shí)，試件的變形卻很小。過(guò)了屈服階段之后，試件就進(jìn)入了均勻塑性變形階段，在這一階段中，隨著力的不斷增加，試件的變化量也快速增加；隨后發(fā)生縮頸。在實(shí)際操作過(guò)程中，我們也可以觀察到明顯的縮頸現(xiàn)象?？s頸現(xiàn)象過(guò)后，試件就進(jìn)入了不均勻塑性變形階段，然后隨著力的不斷增加，試件zui終被拉斷。
在測(cè)量過(guò)程中，我們可以發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)所繪制的“工程應(yīng)力——應(yīng)變曲線”與“真實(shí)應(yīng)力——應(yīng)變曲線”存在一定的差異。“工程應(yīng)力——應(yīng)變曲線”中試件在發(fā)生縮頸現(xiàn)象之后，在不均勻塑性變形階段，其應(yīng)力隨著應(yīng)變的增加而不斷減小，zui后發(fā)生斷裂；而在“真實(shí)應(yīng)力——應(yīng)變曲線”中試件在發(fā)生縮頸之后，在不均勻塑性變形階段，其應(yīng)力隨著應(yīng)變的增加而不斷增加，zui后發(fā)生斷裂。這說(shuō)明，理論與實(shí)際存在著一定的差距，為了使材料具有更安全的應(yīng)用范圍，我們必須經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量它的力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能以及加工性能等。
在實(shí)驗(yàn)介紹過(guò)程中，老師談?wù)摰揭恍┯嘘P(guān)傳感器的內(nèi)容。老師說(shuō)到，之所以要使用變形傳感器（引伸儀），是因?yàn)樵嚰c設(shè)備的螺紋連接處存在公差配合，從而使得在拉伸試件的時(shí)候存在誤差，導(dǎo)致zui后算得的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，所以為了消除這一部分的機(jī)械誤差，我們就使用變形傳感器來(lái)測(cè)量試件的變形量。這告訴了我們，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，我們要盡可能的考慮所有的影響因素，并且想一些方法來(lái)減小這些因素導(dǎo)致的測(cè)量誤差，使得zui后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加。這樣才能更安全，更廣泛的使用材料。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們也測(cè)得了應(yīng)變硬化指數(shù)n。我們也了解到，應(yīng)變硬化指數(shù)n具有十分明顯的工程意義。如金屬材料的n值較大，則加工成的機(jī)件在服役的時(shí)承受偶然過(guò)載的能力也就越大，可以阻止機(jī)件某些薄弱部位繼續(xù)塑性變形，從而保證機(jī)件安全服役。n對(duì)板材冷變形工藝也有重要影響，n大的材料，沖壓性能好，因?yàn)閼?yīng)變硬化效應(yīng)高，變形均勻，減少變薄和增大極限變形程度，不易產(chǎn)生裂紋。n值還對(duì)應(yīng)變硬化效果有重要意義，n值大者，應(yīng)變硬化效果更突出。不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化的金屬材料都可以用應(yīng)變硬化的方法進(jìn)行強(qiáng)化。在工件表面進(jìn)行局部應(yīng)變硬化，如噴丸、表面滾壓等，處理后可有效地提高強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。因此，在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，測(cè)量應(yīng)變硬化指數(shù)n也是非常重要的。
通過(guò)本次試驗(yàn)，我們能更好地掌握材料拉伸實(shí)驗(yàn)的操作流程，同時(shí)，也對(duì)材料的部分力學(xué)性能有了進(jìn)一步的了解。

實(shí)驗(yàn)二 變壓器設(shè)計(jì)與特性研究

一、 儀器和元器件
PASCO SF-8616 基本線圈4個(gè)（200匝1個(gè)、400匝2個(gè)、800匝1個(gè)）PASCO SF-8614 U型鐵芯，低壓交流電源（0—6V，0—1A），電壓表，導(dǎo)線若干。
二、 實(shí)驗(yàn)要求
1、 用上述儀器和元件設(shè)計(jì)組裝一套簡(jiǎn)單變壓器裝置。
2、 研究在空載時(shí)，不同結(jié)構(gòu)對(duì)變壓器的輸出特性的影響。
三、 實(shí)驗(yàn)原理和思路
圖1是變壓器的原理簡(jiǎn)體圖，當(dāng)一個(gè)正弦交流電壓U1加在初級(jí)線圈兩端時(shí)，導(dǎo)線中就有交變電流I1并產(chǎn)生交變磁通ф1，它沿著鐵芯穿過(guò)初級(jí)線圈和次級(jí)線圈形成閉合的磁路。在次級(jí)線圈中感應(yīng)出互感電勢(shì)U2，同時(shí)ф1也會(huì)在初級(jí)線圈上感應(yīng)出一個(gè)自感電勢(shì)E1，E1的方向與所加電壓U1方向相反而幅度相近，從而限制了I1的大小。為了保持磁通ф1的存在就需要有一定的電能消耗，并且變壓器本身也有一定的損耗，盡管此時(shí)次級(jí)沒(méi)接負(fù)載，初級(jí)線圈中仍有一定的電流，這個(gè)電流我們稱為“空載電流”。
如果次級(jí)接上負(fù)載，次級(jí)線圈就產(chǎn)生電流I2，并因此而產(chǎn)生磁通ф2，ф2的方向與ф1相反，起了互相抵消的作用，使鐵芯中總的磁通量有所減少，從而使初級(jí)自感電壓E1減少，其結(jié)果使I1增大，可見(jiàn)初級(jí)電流與次級(jí)負(fù)載有密切關(guān)系。當(dāng)次級(jí)負(fù)載電流加大時(shí)I1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好補(bǔ)充了被ф2所抵消的那部分磁通，以保持鐵芯里總磁通量不變。如果不考慮變壓器的損耗，可以認(rèn)為一個(gè)理想的變壓器次級(jí)負(fù)載消耗的功率也就是初級(jí)從電源取得的電功率。變壓器能根據(jù)需要通過(guò)改變次級(jí)線圈的圈數(shù)而改變次級(jí)電壓，但是不能改變?cè)试S負(fù)載消耗的功率。
四、 實(shí)驗(yàn)裝置的調(diào)試和測(cè)量
1、 用400匝線圈作為初級(jí)線圈，另一個(gè)400匝線圈作為次級(jí)線圈輸入6V交流電壓，測(cè)輸出電壓的輸出值。

2、 在兩線圈插入直鐵芯，重復(fù)步驟1，記錄結(jié)果。

3、 把線圈放入開(kāi)口的U型鐵芯的兩邊，重復(fù)步驟1，記錄結(jié)果。

4、 zui后，把直鐵芯裝上，重復(fù)步驟1，記錄結(jié)果。

五、 數(shù)據(jù)和結(jié)果分析
無(wú)鐵芯時(shí)電感耦合不良，磁感線不能*穿過(guò)次級(jí)線圈，耦合系數(shù)小，導(dǎo)致次級(jí)電壓很??；U1：U2=6：0.1
增加直鐵芯后，耦合系數(shù)增大，穿入次級(jí)線圈的磁感線增多，電壓明顯增大。U1：U2=6：2.5
增加U型鐵芯后，耦合系數(shù)較無(wú)鐵芯時(shí)有明顯增大，但效果不如加直鐵芯。U1：U2=6：2
增加閉合式鐵芯后磁感線被約束的更多，因此穿入次級(jí)線圈的磁感線增加，次級(jí)電壓增大，幾乎與初級(jí)電壓相同。U1：U2=6：5
六、 問(wèn)題與思考
1、 哪種結(jié)構(gòu)的鐵芯能使輸出電壓zui大？試用理論解釋其不同之處
答：*封閉的鐵芯使輸出電壓zui大。增加閉合式鐵芯后磁感線被約束的更多，因此穿入次級(jí)線圈的磁感線增加，次級(jí)電壓增大，幾乎與初級(jí)電壓相同。

2、 線圈匝數(shù)與電壓間存在什么數(shù)學(xué)關(guān)系？理想嗎？為什么？
答：線圈匝數(shù)比n1:n2=電壓比U1:U2;是理想模型，現(xiàn)實(shí)中誤差可能比較大，因?yàn)榇鸥芯€從原線圈穿出并不都從次級(jí)線圈穿入，導(dǎo)致電壓下降，另外，導(dǎo)線、鐵芯震動(dòng)也有損耗使次級(jí)電壓下降。
3、 為了使輸出增大，你有什么其他辦法？
答：1、可以使用密封材料防止磁感線從次級(jí)線圈外穿出；2、可以用次級(jí)線圈包裹在原線圈外，再加上鐵芯，這樣可以盡量多的利用原線圈產(chǎn)生的磁感線，使次級(jí)線圈的磁通量加大，增加輸出。