实验1 光弹性法观察实验.doc

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1、光弹性实验方法光弹性实验方法是一种光学的应力测量方法。它是采用具有双折射性能的透明材料作成与实际构件形状相似的模型，并在其上施加与实际构件载荷相似的外力，置于偏振光场中，由于偏振光的干涉，形成明暗相间的条纹，这些条纹指示了模型内部各点的应力情况，可用来确定模型各点的应力，再根据模型相似理论，换算成实际构件中的应力，其精度一般能满足工程後计要求。光弹性法是全域性的实验方法，直观性强；能有效和准确地确定结构或零件的应力集中；从强度观点寻求零构件合理的几何形状比较迅速、经济,可用来确定零构件表面和内部各点的应力八不仅能用于平面问题的应力分析而且能用于三维问题以及动血力「热应力和塑性变形等的研究。在

2、机J•械、土建水利.奘通运输、化工容器及航空等面有较广泛的应用。实验一光弹性实验方法观察实验一、实验目的1.了解光弹性仪各部分的名称和作用，掌握光弹性仪的使用方法。2.观察光弹性模型受力后在偏振光场中的光学效应。二、基本原理概述光弹性实验所使用的仪器为光弹性仪，一般由光源（包括单色光源和白光光源）.一对偏振镜、一对四分之一波片以及透镜和屏幕等组成，其装置简图如图14-1,国产409-U型光弹性仪的外形如图14-2。图$—光源透镜14-1光弹性仪装置简图P—起偏笹Q—四分之一波片A—检偏镜0—试件Z_屏幕409-H塑光弹性仪外形-•・••••‘rad•14-2fill光弹性实验中最基本的装置是

3、平面偏振光装置，它主要由光源和一对偏振镜组成，靠近光源的一块称为起備镜，另一块称为检偏镜，如图14-3所示。当两偏振镜轴正交时形成暗场，通常调整一偏振镜轴为竖直方向，另一为水平方向。当两偏振镜轴互相平行时，则呈亮场。•・•・起偏镜图14-3平面偏振光装置在正交平面偏振光场中,：由双折射材料制成的模型受力后，则使入射到模型的平面偏振光分解为沿各点主应力方向振动的两列平面偏振光，且其传播速度不同，通过模型后，产生光程差△,此光程差与模型的厚度〃及主应力差(6-O-2)成正比，即•△=C-0*2)(14-1)其中C为比例系数，此式称为平面应力光学定律。当光程差为光波波长几的整数倍时，即△=N几N=

4、0/l,2,(14-2)产生消光干涉，呈现暗点，同时满足光程差为同一整数倍波长的诸点，形成黑线，称为等差线，由式(14-1)和(14-2)可得到(14-3)其中/=4称为材料条纹值。由此可知，等差线上各点的主应分差相祠，对应于不同的N值则有0级、1级、2级…朴等差线。-…'in此外，在模型内凡主应力方向与偏振镜轴重合的点，亦形成一暗黑干涉条纹，称为等倾线，等倾线上各点的主应力方向相同，由等倾线可以确定各点的主应力方向。当二偏振镜轴分别为垂直水平放置时，对应的为零度等倾线，这表明，等倾线上各点的主方向皆与基线（水平方向〉成零度夹角，此时若再将偏振镜轴同步反时针方向旋转10°即得10。等倾线，其

5、上各点主应力方向与基线夹角为io・，其他依此类推。等差线和等倾线是光弹性实验提供的两个必要的资料，据此可根据模型的受力特性计算其应力。为了消除等倾线以便获得清晰的•等差线图，在两偏振镜之间加入一对四分之亠波片，以形成正交圆偏振光场，各镜片的相对位置如图14-4所示。一般观测等差线时，首先采用白光光源，此时等差线为彩色，故亦称为等色线，当N=0时呈现黑色，等羞线的级数即可根据零级确定，非零级条纹均为彩色，色序按黄红绿次序指示着主应力差的增加，并以红绿之间的深紫色交线为整数条纹，在具体描绘等差线图时，可采用单色光源如钠光，以提高测量精度。三、实验设备与模型1.光弹性仪一台。tai2.光弹性模型数

6、个——梁，圆盘，圆环，吊钩，框架等等。四、实验步骤1.观看光弹性仪的各个部分，了解其名称和作用。•••l¥i2.取下光弹性仪的两块四分之一波片，将二偏振镜轴正交放置，开启白光光源，然后单独旋转检偏振镜，反覆观察平面偏振光场光强变化情况，分析各光学元件的布置和作用，并正确布置出正交和平行两种平面偏振光场。in3.调整加载杆杠，放入圆盘模型，使之对径受压，逐级加载，观察等差线与等倾线的形成。同步旋转两偏振镜轴，观察等倾线的变化及特点。U!4.在正交平面偏振场中加入两片四分之一波片。先将一片四分之一波片放入并转动之使成暗场，然后转45。，再将另一四分之一波片放入并转动使再成暗场，即得双正交圆偏振光

7、场。此时等倾线消除，在白光光源下，观察等差线条纹图，分析其特点。再单独旋转检偏镜90°,则为平行圆偏振光场，观察等差线的奏化情况。y・••.5.熄灭白光，开启单色光源，观察模型中的等差线图,比较两种光源下等差线的区别和特点。6.换上其他一至二个模型，重复步骤3至5,观察在不同偏振光场和用不同光源情况下，模型内等差线和等倾线的特点和变化规律。1.关闭光源，取下模型，清理仪器、模型及有关工具.五、实验报告要求1.