卓力特光电仪器-光学测试技术-光测力学实验室-光弹性基本原理和方法1

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1、光弹性的基本原理和方法平面问题的光力定律及基本测试装置人工双折射有些本来是各向同性的非晶体和有些液体，在人为条件下，可以变成各向异性，因而产生的双折射现象称为人工双折射。永久双折射各向异性透明晶体如方解石、石英等的双折射，是其固有的特性，称为永久双折射。人工双折射有些本来是各向同性的非晶体和有些液体，在人为条件下，可以变成各向异性，因而产生的双折射现象称为人工双折射。环氧树脂、有机玻璃、聚碳酸酯等，在自然状态下非晶体在机械力的作用下产生变形时，不会产生双折射，但当其受到载荷作用而产生应力时，就会象晶体一样表现出光学各向异性，产生双折射现象。去掉荷载后，双折射现象随之消失，这

2、种现象称为暂时双折射或人工双折射。如：利用应力双折射性质，在工程上可以制成各种机械零件的透明塑料模型，然后模拟零件的受力情况，观察、分析偏振光干涉的色彩和条纹分布，从而判断零件内部的应力分布。光弹性方法当平面偏振光垂直入射受力模型的平面时，只要不超过模型材料的弹性极限，通过模型的光波按模型材料的双折射性质将遵循下列两条规律：平面光弹性的应力－光学定律1、光波垂直通过平面受力模型内任一点时，它只沿这点的两个主应力方向分解并振动，且只在主应力平面内通过。2、两光波在两主应力平面内通过的速度不等，因而其折射率发生了改变，其变化量与主应力大小成线性关系。平面光弹性的应力－光学定律布

3、卢斯特定律平面应力状态其中：n0为材料未受力时的折射率A、B为常数两光波在两主应力平面内通过的速度不等，因而其折射率发生了改变，其变化量与主应力大小成线性关系。平面光弹性的应力－光学定律式中：C为常数由于两光波通过模型时沿应力方向内的折射率不同，故通过模型厚度d后有一光程差R出现，即：相对光程差n为：式中：C、d、均为常数平面应力状态平面光弹性的应力－光性定律式中：C、d、均为常数位相差测试装置－－光弹仪光源P1P2Q1Q2MCCD起偏镜、检偏镜¼波片加载架、模型波长范围/nm颜色510550绿色570590黄色630700红色光源P1P2Q1Q2MCCD测试装置

4、－－光弹仪光弹性实验方法的基本原理受力模型在平面偏振光场中的光弹性效应21起偏镜检偏镜模型光源光弹性实验方法的基本原理受力模型在平面偏振光场中的光弹性效应OEP1E2P2E1P2EP1=AsintE1=AsinsintE2=AcossintE1E212光弹性实验方法的基本原理受力模型在平面偏振光场中的光弹性效应OEP1E2P2E1P2EP1=AsintE1=AsinsintE2=AcossintE1E2EA=E1´cos-E2´sin=Asin2sin(/2)sin(t-/2)E1´=Asins

5、intE2´=Acossin(t-)E1和E2通过模型后，产生相位差，则E1和E2变为：I=A2sin22sin2(/2)光弹性实验方法的基本原理讨论（I＝0）(1)则：I＝0P1P2=0或=90是P1，P2的偏振轴与主应力1、2间的夹角。这说明主应力方向与P1，P2的偏振轴一致时，屏幕上将呈现黑色。在受力模型内各点主应力方向是连续变化的，因此连成了黑线。这类黑线称为主应力方向线，它表示主应力倾角相同的线，故又称等倾线。这是从光弹性实验中获得的又一类重要的条纹图。光弹性实验方法的基本原理2045光弹性实验方法的基本原理光弹性实验方法

6、的基本原理光弹性实验方法的基本原理讨论（I＝0）(2)则：I＝0位相差其中R为光程差光弹性实验方法的基本原理讨论（I＝0）模型材料的条纹值N/mm条纹值模型条纹值（N/mm2级）f0越小，材料越灵敏环氧树脂板材：f0＝13kN/m级光弹性实验方法的基本原理平面光弹性的应力－光性定律环氧树脂板材：f0＝13kN/m级模型材料的条纹值N/mm条纹值光弹性实验方法的基本原理讨论（I＝0）满足光程差等于波长的同一整数倍的各点，将连成一条黑线，这就是等色线。n＝0,1,2……。在模型中呈现出一系列黑色条纹，依次称为0级、1级、2级……等色线图相对光程差n也就是条纹序数半数级条纹光

7、弹性实验方法的基本原理光弹性实验方法的基本原理光弹性实验方法的基本原理偏振光的矢量表达式和琼斯(Jones)向量1、偏振光的矢量表达法线偏振光（振动方向与x轴平行）圆偏振光椭圆偏振光光弹性实验方法的基本原理偏振光的矢量表达式和琼斯(Jones)向量1、偏振光的矢量表达法线偏振光（振动方向与x轴平行）圆偏振光椭圆偏振光光弹性实验方法的基本原理椭圆偏振光=x-y=0线偏振光Ax=Ay=π/2圆偏振光ExEyE光弹性实验方法的基本原理琼斯矢量和琼斯矩阵在x和y轴上的振动分别为：由于时间项对光强和振幅无影响，可设其