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,。