實驗一  拉伸實驗報告
一、實驗?zāi)康?br />1、掌握如何正確進行拉伸實驗的測量；
2、通過對拉伸實驗的實際操作，測定低碳鋼的彈性模量 E、屈服極限бs、 強度極限бb 、延伸率δ 、截面收縮率 ψ；
3、觀察在拉伸過程中的各種現(xiàn)象，繪制拉伸圖（P―Δ曲線） ；
4、通過適當轉(zhuǎn)變，繪制真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線S-e，測定應(yīng)變硬化指數(shù)n ，并了解其實際意義。
二、實驗器材與設(shè)備
  1、電子材料試驗機（載荷、變形、位移）
     其設(shè)備如下：

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

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

三、實驗原理與方法

1、低碳鋼拉伸

隨著拉伸實驗的進行，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、強化階段以及局部變形階段這四個階段。
其拉伸力——伸長曲線如下：

彈性階段  屈服階段       強化階段        局部變形階段

低碳鋼的拉伸力——伸長曲線

2、低碳鋼彈性模量 E的測定

在已經(jīng)獲得的拉伸力—伸長曲線上取伸長長度約為標距的1%~8%的相互距離適當?shù)膬牲c（本實驗選取了伸長為4%和8%的兩點），讀出其力和伸長帶入相關(guān)的計算公式計算出彈性模量E。

3、應(yīng)變硬化指數(shù)n的測定

在金屬整個變形過程中，當外力超過屈服強度之后，塑性變形并不是像屈服平臺那樣連續(xù)流變下去，而需要不斷增加外力才能繼續(xù)進行。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)變硬化是位錯增值，運動受阻所致。

準確全面描述材料的應(yīng)變硬化行為，要使用真實應(yīng)力——應(yīng)變曲線。因為工程應(yīng)力——應(yīng)變曲線上的應(yīng)力和應(yīng)變是用試樣標距部分原始截面積和原始標距長度來度量的，并不代表實際瞬時的應(yīng)力和應(yīng)變。當載荷超過曲線上zui大值后，繼續(xù)變形，應(yīng)力下降，此與材料的實際硬化行為不符。

在拉伸真實應(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為真實應(yīng)力；K為硬化系數(shù)，亦稱強度系數(shù)，是真實應(yīng)變等于1.0時的真實應(yīng)力；e為真實應(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。

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

首先，要繪制出真實的應(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
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、實驗數(shù)據(jù)修約 （GB228―87）
     測定的機械性能的數(shù)值修約，按照GB1.1－81執(zhí)行。

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

四、實驗結(jié)果與分析
1、實驗所得數(shù)值結(jié)果

標距 直徑 斷面收縮率 屈服強度 下屈服力 zui大力 抗拉強度 彈性模量 斷后伸長率 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、實驗所得力——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、 實驗步驟
1、根據(jù)GB228-2002選取標準試件；
2、將試件放入電子材料試驗機CSS-44200中（放入過程應(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、通過微機處理系統(tǒng)對實驗進行設(shè)定；
5、開始實驗，并對實驗進行實時監(jiān)測；
6、當變形量達到5mm時，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，實驗結(jié)束，對數(shù)據(jù)進行處理。
六、實驗總結(jié)與心得體會
通過本次實驗，覺得自己更深地掌握了相關(guān)知識。對于材料性能測試中的拉伸實驗也有了進一步的了解。
實驗中，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。當試件繼續(xù)加載到屈服階段時，就會產(chǎn)生屈服效應(yīng)，我們會發(fā)現(xiàn)在這一階段當力在不斷增加時，試件的變形卻很小。過了屈服階段之后，試件就進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。在實際操作過程中，我們也可以觀察到明顯的縮頸現(xiàn)象?？s頸現(xiàn)象過后，試件就進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。
在測量過程中，我們可以發(fā)現(xiàn)計算機所繪制的“工程應(yīng)力——應(yīng)變曲線”與“真實應(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。這說明，理論與實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)過無數(shù)次的實驗來測量它的力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能以及加工性能等。
在實驗介紹過程中，老師談?wù)摰揭恍┯嘘P(guān)傳感器的內(nèi)容。老師說到，之所以要使用變形傳感器（引伸儀），是因為試件與設(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候存在誤差，導(dǎo)致zui后算得的數(shù)據(jù)不準確，所以為了消除這一部分的機械誤差，我們就使用變形傳感器來測量試件的變形量。這告訴了我們，在進行實驗的時候，我們要盡可能的考慮所有的影響因素，并且想一些方法來減小這些因素導(dǎo)致的測量誤差，使得zui后的實驗結(jié)果更加。這樣才能更安全，更廣泛的使用材料。
實驗過程中，我們也測得了應(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，則加工成的機件在服役的時承受偶然過載的能力也就越大，可以阻止機件某些薄弱部位繼續(xù)塑性變形，從而保證機件安全服役。n對板材冷變形工藝也有重要影響，n大的材料，沖壓性能好，因為應(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。不能進行熱處理強化的金屬材料都可以用應(yīng)變硬化的方法進行強化。在工件表面進行局部應(yīng)變硬化，如噴丸、表面滾壓等，處理后可有效地提高強度和疲勞強度。因此，在進行拉伸試驗時，測量應(yīng)變硬化指數(shù)n也是非常重要的。
通過本次試驗，我們能更好地掌握材料拉伸實驗的操作流程，同時，也對材料的部分力學(xué)性能有了進一步的了解。

實驗二 變壓器設(shè)計與特性研究

一、 儀器和元器件
PASCO SF-8616 基本線圈4個（200匝1個、400匝2個、800匝1個）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、 實驗要求
1、 用上述儀器和元件設(shè)計組裝一套簡單變壓器裝置。
2、 研究在空載時，不同結(jié)構(gòu)對變壓器的輸出特性的影響。
三、 實驗原理和思路
圖1是變壓器的原理簡體圖，當一個正弦交流電壓U1加在初級線圈兩端時，導(dǎo)線中就有交變電流I1并產(chǎn)生交變磁通ф1，它沿著鐵芯穿過初級線圈和次級線圈形成閉合的磁路。在次級線圈中感應(yīng)出互感電勢U2，同時ф1也會在初級線圈上感應(yīng)出一個自感電勢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，盡管此時次級沒接負載，初級線圈中仍有一定的電流，這個電流我們稱為“空載電流”。
如果次級接上負載，次級線圈就產(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，從而使初級自感電壓E1減少，其結(jié)果使I1增大，可見初級電流與次級負載有密切關(guān)系。當次級負載電流加大時I1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好補充了被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，可以認為一個理想的變壓器次級負載消耗的功率也就是初級從電源取得的電功率。變壓器能根據(jù)需要通過改變次級線圈的圈數(shù)而改變次級電壓，但是不能改變允許負載消耗的功率。
四、 實驗裝置的調(diào)試和測量
1、 用400匝線圈作為初級線圈，另一個400匝線圈作為次級線圈輸入6V交流電壓，測輸出電壓的輸出值。

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
無鐵芯時電感耦合不良，磁感線不能*穿過次級線圈，耦合系數(shù)小，導(dǎo)致次級電壓很?。籙1：U2=6：0.1
增加直鐵芯后，耦合系數(shù)增大，穿入次級線圈的磁感線增多，電壓明顯增大。U1：U2=6：2.5
增加U型鐵芯后，耦合系數(shù)較無鐵芯時有明顯增大，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，因此穿入次級線圈的磁感線增加，次級電壓增大，幾乎與初級電壓相同。U1：U2=6：5
六、 問題與思考
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，因此穿入次級線圈的磁感線增加，次級電壓增大，幾乎與初級電壓相同。

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)實中誤差可能比較大，因為磁感線從原線圈穿出并不都從次級線圈穿入，導(dǎo)致電壓下降，另外，導(dǎo)線、鐵芯震動也有損耗使次級電壓下降。
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線圈外穿出；2、可以用次級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，使次級線圈的磁通量加大，增加輸出。