光彈性實驗

光彈性實驗是指將全息照相和光彈性法相結合而發展起來的一種實驗應力分析方法。

基本介紹

• 中文名：元古代
• 4：可變光柵F
• 1：光源S（白光燈）
• 3：聚光鏡L

全息光彈性法

在全息光彈性法中，用單曝光法能給出反映主應力差的等差線；用雙曝光法能給出反映主應力和的等和線。根據測得的等差線和等和線的條紋級數，便可計算出模型內部的主應力分量。

20世紀60年代後期，M.E.福爾內、J.D.奧瓦內西翁等人將全息照相用於光彈性實驗，獲得了等和線條紋以及等和線和等差線的組合條紋。後來，許多學者套用組合條紋分析平面應力問題。

此法所用的全息光彈性儀,其光路中布置有偏振元件，能獲得具有偏振特性的物光和參考光。

透過模型的物光和參考光，在全息底片上干涉而成包含著物光波陣面信息的全息圖，經過曝光、顯影和定影以後的全息底片，再用參考光照射，便可再現物光波陣面。如經兩次曝光，將模型承受應力和不受應力兩種狀態的物光波陣面記錄在同一張全息底片上，再現時便可以同時再現承受應力和不受應力兩種狀態的物光，並獲得反映應力分布的兩組物光干涉而得的條紋。

利用光彈性法，可以研究幾何形狀和載荷條件都比較複雜的工程構件的應力分布狀態，特別是應力集中的區域和三維內部應力問題。對於斷裂力學、岩石力學、生物力學、粘彈性理論、複合材料力學等，也可用光彈性法驗證其所提出的新理論、新假設的合理性和有效性，為發展新理論提供科學依據。

光彈性實驗

實驗目的

1. 了解光彈儀各部分的名稱和作用，掌握光彈性儀的使用方法。

2. 觀察光彈性摸型受力後在偏振光場中的光效應，並了解光彈性方法的基本原理。

3. 學會繪製等差線圖，確定等差線條紋級數（整級數、半級數）。

4. 學會測量材料條紋值f的方法。

實驗設備

WZD—Ⅲ型光測彈性儀是進行光彈性實驗的基本設備，光彈儀由下列部件組成

1. 光源S（白光燈）。

2. 隔熱玻璃G（起隔熱保護其他光學原件的作用）。

3. 聚光鏡L

4. 可變光柵F，（用以改變入射光的光準鏡角）。

5. 準直鏡L1,（使光線變為平行光）。

6. 起偏鏡P與檢查鏡A.(使自然光變成片振光，稱為偏振片)，靠近光源的一塊稱為起偏鏡，習慣上叫P片。後面的一片稱為檢偏鏡，叫A片。偏振片有一條光軸，對光矢量起著“通過”和“阻擋”的作用。當光矢量平行光軸時，光線可完全通過，而垂直於光軸時，光線被全部阻擋。若光矢量與光軸斜交，則只有平行與的分量才能通過，所以P片把來自光源的光變為平面偏振光，而A片用來檢驗光波通過的情況。當兩偏振鏡軸互相垂直放置時（稱為正交平面偏振布置圖4—2，形成暗場，通過調整一偏振鏡軸為豎直方向，另一為水平方向。當兩偏振鏡軸及相平行放置時（稱為平行平面偏振布置）則呈亮場。兩偏振鏡有同步迴轉機構，能使其偏振軸同步旋轉。

7. 四分之一波片Qp和Qa,它的作用是把平面偏振光變成圓偏振光.因為1/4波片有一對垂直光軸,波光沿一條光軸傳播的速度比另一條光軸快1/4波長,即π/2相位.傳播速度快的稱快軸.將兩塊1/4波片的快慢軸置於相互垂直,置於P片和A片之間，使1/4波片的快軸與P片的光軸成45°，這樣由P片射出的平面偏振光到達1/4波偏時，將沿快、慢軸分解成兩束光，出1/4波片後產生л/2相位差，合成後就變成圓偏振光。

8. 載入架M，（使模型受力）。

9. 視場鏡L2(透鏡，使平行光聚焦)。

10. 照相機或投影螢幕E

實驗原理和方法

光彈性實驗是一種用光學方法測量受力模型上各點應力狀態的實驗應力分析方法。它是採用具有雙折射性能的透明材料，製作與實際構件形狀相似的模型，並在模型上施加與實際構件形狀相似的外力，把承載的模型置於偏振光場中，可觀察到一些與模型上各點應力狀態有關的條紋，這些條紋可用來確定模型各點的應力。由於簡單構件在拉伸、壓縮、扭轉和彎曲變形下，其應力分布與材料的彈性常數E和μ無關，因此實際構件中的應力可以運用相似原理，由模型的應力換算出來。根據光的波動理論，由光源發出的光經過偏振片P成為平面偏振光，它通過在應力作用下，用具有光敏性材料製成的模型後，產生雙折射，使光沿著兩個主應力方向分解為兩個折射路、率不同的平面偏振光，其傳播速度不同，產生光程差δ當檢偏鏡A的震動軸與起偏鏡P震動軸正交時，這樣光通過A鏡後，就變成了與A鏡震動軸平行的平面震動波，並產生光干涉現象。