光彈性散光法

光彈性散光法是一種實驗應力分析方法，利用光線通過光彈性材料時的散光性能進行應力分析。

基本介紹

• 中文名：光彈性散光法
• 外文名：scattered-lightmethod of photoelasticity
• 性質：實驗方法
• 含義：一種實驗應力分析方法
• 特點：三維光彈性實驗應力破壞模型

特點

光彈性散光法的主要特點是：

在進行三維光彈性實驗應力分析時不必破壞模型，有時也可不將模型凍結。

發展過程

1939年，R.韋勒首先提出光彈性散光法，經過D. C.德魯克、H．T傑索普、M. M．弗羅赫特等人的努力，到50年代末，它的原理已比較完善，但由於技術上的原因，這種方法未得到廣泛使用。60年代雷射技術的發展，獲得高強度的片光源，才使光彈性散光法得到推廣。

原理

光線通過各向同性的透明介質時，由於介質中的微粒或分子的作用，產生散射光。垂直於傳播方向的散射光，是平面偏振光。它的光強度和入射光的性質、材料的散光性能以及觀察方向有關。

入射為自然光時，在傳播軸的所有垂直方向的散射光的光強度相等（圖1）。

圖1 自然光入射時散射光的光強度示意圖

入射光為橢圓偏振光時，從長軸的垂直方向觀察，光強度最大；從短軸的垂直方向觀察，光強度最小（圖2a）。

圓偏振光是橢圓偏振光的一種特例。入射時和自然光相似，在傳播軸的所有垂直方向，其散光的光強度相等（圖2b）。

圖2入射光為偏振光時的微光光強度示意圖

橢圓偏振光的另一特例是平面偏振光。沿其偏振方向觀察時，光強度為零；而從垂直於其偏振方向觀察時，光強度最大（圖2c）。

模型製作

光彈性散光法所用的模型材料，主要由環氧樹脂和適量的固化劑配製而成。為了增加其散光性能，可加入適量的摻台物，如矽油等。另外，為了除去材料中顆粒較大的雜質，可用聚四氟乙烯製成的過濾器過濾。

套用

此法已用來解決扭轉，平面應力、表面應力和軸對稱應力等的測量問題，但尚難以用於研究較複雜的三維應力問題。

圖3 圓軸扭轉的散光光彈性實驗

用散光法分析純粹的扭轉問題（圖3）有其顯著的優點。常常只要一次投射，就可以得到模型截面上剪應力的大小和分布。截面上各點的最大剪應力，決定於該點沿條紋法線方向的條紋級數變化率，即

式中τ_max為最大剪應力；r為徑向距離，Nr為徑向r處的條紋級數；為條紋級數變化率。最大剪應力的方向和該點條紋的切線方向相重合。

在研究非圓截面構件、變截面圓桿、帶鍵槽軸和花鍵軸的扭轉等問題中，散光法都有很好的套用效果。