光弹性法简介光弹性法是应用光学原理研究弹性力学问题的一种试验应力

合集下载

光弹性实验介绍

漫射光式光测弹性仪的基本结构
2.平面光弹性实验
实验内容:(1)测绘受力模型的等差线和等倾线参数， (2)利用这两个参数计算模型内部应力的大小与方向。
（1）等倾线的测绘
建立平面偏振场；
反复同步转动起偏镜和检偏镜，观察等倾线移动的大致规律；
从=0°开始，单方向方向同步转动P-A镜，一般每隔5°~10°绘制一条等倾线并标明度数，到90°为止，画在同一张描图纸上。
' " n
Ch
令 f 称为材料条纹值，则有：
C
' " f n
（18.10）
h
当入射光波长λ ，材料参数C，测点厚度h确定之后，测
点主应力差值是f/h的整数倍时，该点消光成为暗点。
由于模型中应力分布的连续性，对于每一个n值，显示为一条暗条纹，称为等差线。
对径受压圆盘在单色光源（钠光灯5230Å）下的等差线。

2
合成光的振幅为：
A a sin 2 sin
(18.8)
E E1
E2
合成光的光强 I KA2
I K(a sin 2 sin )2
A轴 E2 E1
(18.9)
检偏镜
光强
I K(a sin 2 sin )2
(18.9)
2.干涉条纹的分析——等倾线与等差线
偏振光——垂直于光传播方向的 Y 平面内，光振幅矢量取特定方向。
平面偏振光——垂直于光传播方向的所有平面内，光振幅矢量取相同的方向。
平面偏振光的产生——偏振片（光轴或偏振轴为Y）
椭圆圆
偏振光——光振幅矢量的顶点轨迹为一椭圆或圆
产生方法：偏振片+1/4波片 45 椭圆偏振光

应力与应变测量方法及应用

应力与应变测量方法及应用应力与应变测量是工程学中非常重要的分析方法，能够帮助工程师评估材料和结构在外部力作用下的性能表现。

本文将介绍一些常用的应力与应变测量方法及其应用。

一、应力与应变测量方法1. 电阻应变计法电阻应变计是最常用的应变测量方法之一。

应变计的基本原理是应变导致电阻变化，通过测量电阻变化来间接测量应变。

常见的电阻应变计有金属应变计和半导体应变计。

金属应变计主要适用于动态应变测量，而半导体应变计适用于静态及高温应变测量。

电阻应变计的优点是精度高、灵敏度高，但也有一些限制，比如灵敏度容易受到温度的影响。

2. 光弹性法光弹性法是一种通过利用光的干涉原理来测量应力和应变的方法。

光弹性法常用的设备有两种，一种是维尔贝克(Disc-more)干涉条纹法，另一种是技巧干涉条纹法。

这两种方法都是基于光束的干涉现象，通过观察并记录干涉条纹的变化来推算出应力和应变的分布情况。

光弹性法的优点是非接触性，适用于复杂形状和高温等特殊条件下的应变测量。

3. 应变片法应变片是利用压电效应材料制成的一种应变测量器件，常用的应变片有金属应变片和陶瓷应变片。

应变片通过自身形变来实现应变的测量，通过测量应变片的电荷输出或形变量的变化来推算应变。

应变片法的优点是响应速度快、测量范围广，适用于各种应变测量场景。

二、应力与应变测量的应用1. 材料性能评估与选择应力与应变测量可以帮助工程师评估材料的力学性能，并为材料的选择提供依据。

通过测量应力和应变，可以计算出弹性模量、屈服强度、断裂韧性等重要参数，从而判断材料是否满足工程设计要求。

2. 结构设计与优化在结构设计中，应力与应变测量可以帮助工程师评估结构的稳定性和安全性。

通过测量结构内部的应力分布和应变变化，可以发现潜在的结构问题，并进行必要的优化和改进，从而提高结构的可靠性和性能。

3. 动态加载分析应力与应变测量在动态加载分析中也有广泛的应用，可以用于研究冲击、爆炸、振动等动力载荷下的材料和结构响应。

光弹性仪器的原理和应用

光弹性仪器的原理和应用1. 什么是光弹性仪器光弹性仪器是一种用于测量材料在光照下的力学和光学性质的仪器。

它利用光的干涉和衍射原理，结合材料的光弹性效应，可以对材料的力学性质进行精确测量。

2. 光弹性效应光弹性效应是指材料在光照下产生的由内部应力引起的折射率或光走时的变化。

光弹性效应是光弹性仪器工作的基础，通过测量光弹性效应，可以得到材料的力学性质。

3. 光弹性仪器的工作原理光弹性仪器一般由光源、分光装置、检测器和数据处理系统组成。

其工作原理如下：•光源发出单色光，经过分光装置分成两束光。

其中一束光经过待测材料，另一束光作为参考光，二者再次交汇在检测器上。

•待测材料对光的干涉和衍射引起干涉条纹的出现。

干涉条纹的形状和间距与材料的力学性质有关。

•检测器将干涉条纹转化为电信号，经过放大和处理后输出给数据处理系统。

•数据处理系统根据干涉条纹的信息计算出材料的力学性质，并进行显示和存储。

4. 光弹性仪器的应用光弹性仪器广泛应用于材料科学、力学工程、光学等领域。

主要应用包括以下几个方面：4.1 力学性质测量光弹性仪器可以测量材料的应力、应变、弹性模量等力学性质。

通过调整光弹性仪器的参数，可以得到不同方向和位置的力学性质数据，为材料力学性能的研究提供重要依据。

4.2 材料疲劳性能研究光弹性仪器可以实时监测材料的应力和变形，通过对材料在加载过程中的变化进行跟踪分析，可以研究材料的疲劳性能，为材料的设计和使用提供指导。

4.3 光学性质测量光弹性仪器可以测量材料的折射率、光学常数等光学性质。

通过对材料与光的相互作用过程进行分析，可以了解材料的光学特性和性能，对光学元件的设计和制造提供参考。

4.4 压力传感器光弹性仪器还可以作为压力传感器使用。

通过监测材料在受压过程中的变形和相应的光弹性效应，可以实时测量压力的大小和分布情况。

这种压力传感器具有高灵敏度和高精度的特点。

5. 小结光弹性仪器是一种用于测量材料力学和光学性质的重要工具。

物理实验技术中的弹性力学测量技巧

物理实验技术中的弹性力学测量技巧在物理学中，弹性力学是一门研究物体在受力作用下的变形和恢复过程的学科。

在物理实验中，测量和研究物体的弹性力学特性是非常重要的。

本文将介绍一些在物理实验技术中常用的弹性力学测量技巧。

一、应变测量技术在测量弹性力学特性时，应变是一个非常重要的参数。

应变是材料发生变形时长度、形状或体积相对于未受力时的改变量与原始长度、形状或体积之比。

常用的应变测量技术包括应变计、光弹性测量和电阻应变计。

应变计是一种常用的弹性力学测量工具，通过材料的变形来测量应变的变化。

应变计可以分为电阻应变计、热敏电阻应变计、电容应变计等不同类型，具有测量范围广、精度较高的特点。

在实验中，应变计可以精确地测量材料的应变量，从而获得材料的弹性模量等参数。

光弹性测量是一种利用光的干涉原理测量应力和应变的技术。

通过将一个透明的光弹性试样放置在光源和光接收器之间，当试样受到应力作用时，会引起光的相位差变化。

通过测量光的相位差变化，可以计算出应力和应变的大小。

光弹性测量具有高精度、非接触、无损伤等优点，广泛应用于材料力学性能的研究和应用。

电阻应变计是一种基于材料电阻随应变变化的原理测量应变的技术。

电阻应变计由电阻片、导线、电缆和仪表等组成。

当材料受到应力作用时，会引起电阻值的变化。

通过测量电阻值的变化，可以计算出应力和应变的大小。

电阻应变计具有响应速度快、可靠性高等优点，在测量静态和动态应变时被广泛应用。

二、模量测量技术模量是衡量材料弹性特性的重要参数，常用的模量测量技术包括弯曲试验法、拉伸试验法和声学方法。

弯曲试验法是一种常用的测量材料弹性模量的方法。

在弯曲试验中，将试样固定在两个支撑点之间，施加一个力使其产生弯曲变形。

通过测量试样的变形和应力，可以计算出弯曲模量。

弯曲试验法适用于测量各种材料的弹性模量，具有简单、易于操作的优点。

拉伸试验法是一种广泛应用于材料力学性能测试的方法，也可以用来测量材料的弹性模量。

光弹性实验

全息光弹性法- 正文将全息照相和光弹性法相结合而发展起来的一种实验应力分析方法。

在全息光弹性法中，用单曝光法能给出反映主应力差的等差线；用双曝光法能给出反映主应力和的等和线。

根据测得的等差线和等和线的条纹级数，便可计算出模型内部的主应力分量。

20世纪60年代后期，M.E.福尔内、J.D.奥瓦内西翁等人将全息照相用于光弹性实验，获得了等和线条纹以及等和线和等差线的组合条纹。

后来，许多学者应用组合条纹分析平面应力问题。

此法所用的全息光弹性仪,其光路（图1）中布置有偏振元件，能获得具有偏振特性的物光和参考光。

透过模型的物光和参考光，在全息底片上干涉而成包含着物光波阵面信息的全息图，经过曝光、显影和定影以后的全息底片，再用参考光照射，便可再现物光波阵面。

如经两次曝光，将模型承受应力和不受应力两种状态的物光波阵面记录在同一张全息底片上，再现时便可以同时再现承受应力和不受应力两种状态的物光，并获得反映应力分布的两组物光干涉而得的条纹。

全息光弹性法常用的方法有：单曝光法设模型不受应力时，物光波阵面ω0为平面，模型承受应力之后，透过的物光会在模型的两个主应力方向分解成两束平面偏振光,其波阵面为ω1和ω2(图2)。

对承受应力的模型进行单次曝光全息照相后,用参考光照射全息底片,可以再现物光波阵面ω1和ω2。

由于这两个光波具有和参考光相同的偏振特性，故产生干涉，所形成的干涉条纹反映两个光波ω1和ω2的光程差⊿c=⊿2－⊿1，其光强度为：式中K为常数，N c为等差线条纹级数。

双曝光法在全息底片上，对模型加载前后两种状态进行两次曝光，可以在一张全息底片上，同时记录下模型不受应力时的物光ω0和承受应力后的物光ω1和ω2。

用参考光照射这张全息底片，便可以同时再现ω0、ω1和ω2三个物光的波阵面，并互相干涉而形成组合干涉条纹。

这种组合条纹，可看作是这三种光波中任何一对光波的干涉条纹的组合。

两次曝光获得的干涉条纹同主应力差和主应力和都有关，它是由等和线条纹和等差线条纹调制而成的组合条纹。

光弹性演示实验

实验十光弹性演示实验用光学原理研究弹性力学问题的实验方法称为光弹性法。

它是用具有双折射效应的透明材料，严格遵守“相似律”原则制成构件模型，将模型置于白光光源的圆偏振光场中。

当给模型加上载荷时，即可看到模型上所出现的干涉条纹，依照应力－光学定律，那些颜色相同的条纹表示光程差相等的迹线，也就是主应力等值线，故称为等色线或等差线。

由产生的等色线或等差线干涉条纹图形，通过计算就能确定构件模型在载荷作用下的应力状态，可以得到直观的、可靠的、全场的应力分布状态。

利用光弹性法，可以研究几何形状和载荷条件都比较复杂的构件的应力分布状态，特别是应力集中的区域和三维内部应力问题。

对生物力学、断裂力学、复合材料力学等还可用光弹性法验证其提出的新理论、新假设的合理性和有效性，为发展新理论提供科学依据。

一、实验目的1．了解光弹性实验的基本原理和方法，认识偏光弹性仪。

2．观察模型受力时的条纹图案，识别等差线和等倾线，了解主应力差和条纹值的测量。

二、实验设备1．偏光弹性仪。

2．由环氧树脂制作的试件模型。

三、实验原理1．明场和暗场根据光的波动理论，当一束自然光通过偏振镜时，即在偏振轴平面上振动这种在某一固定平面中振动的光称为平面偏振光。

由光源S、起偏镜P和检偏镜A 就可组成一个简单的平面偏振光场，如图10－1示。

起偏镜P和检偏镜A均为偏振片，其各有一个偏振轴（简称为P轴和A轴）。

如果P轴与A轴平行，光源发出的光波通过起偏镜P产生的偏振光可以全部通过检偏镜A，此种情况称平面偏振场的明场。

称为明场。

当两个偏振片的偏振轴互相垂直时，光波被检偏镜A 阻挡，此种情况则称平面偏振场的暗场。

图10－1 平面偏振光场2．应力－光学定律当由光弹性材料制成的模型放在偏振光场中时，如果模型不受力，光线通过模型后将不发生改变；如果模型受力，将产生暂时双折射现象，即入射的偏振光将沿两个主应力方向分解为两束相互垂直的偏振光（如图10－1中 a 及b ），而且分解后的这两束偏振光射出模型时就产生一个光程差δ。

光弹性实验实验报告

1. 了解光弹性实验的基本原理和实验方法；2. 学习使用光弹性实验装置进行应力分析；3. 掌握光弹性实验数据处理方法，分析模型的应力分布。

二、实验原理光弹性实验是一种研究物体内部应力分布的方法，其基本原理是利用透明材料在应力作用下产生双折射现象。

通过观察和分析光弹性模型的光学性质变化，可以确定物体内部的应力分布。

实验过程中，将具有双折射现象的透明材料制成研究对象的模型，对模型施加相似载荷，使模型内部产生应力。

此时，模型中的光路发生改变，通过观察和记录模型的光学性质变化，可以分析模型内部的应力分布。

三、实验仪器与材料1. 实验仪器：光弹性实验装置、光源、照相机、量角器等；2. 实验材料：具有双折射现象的透明材料（如硝化纤维素、聚乙烯醇等）。

四、实验步骤1. 准备工作：将透明材料制成研究对象模型，确保模型尺寸符合实验要求；2. 安装模型：将模型放置在实验装置上，调整光源和照相机，使光路通过模型；3. 加载：对模型施加相似载荷，使模型内部产生应力；4. 观察记录：观察模型的光学性质变化，记录光路改变情况；5. 数据处理：对实验数据进行处理，分析模型内部的应力分布。

五、实验结果与分析1. 实验结果：通过实验，观察到了模型在加载过程中的光学性质变化，记录了光路改变情况；2. 数据处理：对实验数据进行处理，得到模型内部的应力分布图；3. 分析：根据应力分布图，分析了模型内部的应力集中区域和应力分布情况。

1. 光弹性实验是一种有效的应力分析方法，可以准确分析模型内部的应力分布；2. 通过光弹性实验，可以了解透明材料在应力作用下的光学性质变化，为材料设计和优化提供依据；3. 实验过程中，应严格按照操作规程进行，确保实验结果的准确性。

七、实验注意事项1. 实验过程中，注意观察模型的光学性质变化，避免光路干扰；2. 加载过程中，注意控制加载速度，防止模型损坏；3. 实验数据应准确记录，以便后续分析。

八、实验总结本次光弹性实验，使我们对光弹性实验的基本原理和实验方法有了更深入的了解。

2014.05光弹性

随着电子散斑、数字散斑相关以及计算机数字图象处理等技
术的不断改进，使得现代光测
技术的测量灵敏度越来越高，对测量环境的要求越来越低。
9
光学测试方法
光弹(Photoelasticity) 非干涉方法几何云纹、影像云纹栅线投影(Fringe projection) 数字图像相关(DIC) 全息干涉(Holography interferometry) 干涉方法电子散斑干涉(ESPI) 云纹干涉(Moiréinterferometry)
数不同，因而反射光和折射光均为部分偏振光。
当以布儒斯特角 i 入射时，反射光成为完全线偏振光，其振
动方向垂直于入射平面，而折
射光仍为部分偏振光。
26
光学基本知识
获得偏振光的方法－二向色性
光通过某种介质时，一个方向被吸收得较少，光可以
较多地通过，而另一个方向则吸收得较多，光通过较
少。介质对光吸收的本领随着光矢量的振动方向而改
2 E12 E2 2E1E2 2 2 2 2 cos sin 2 A1 A2 A1 A2
当A1= A2=A，Δ＝/4时，合成光矢量端点的轨迹是一条螺旋线，这种光称为圆偏振光。
2 E12 E2 A2
32
光学基本知识
圆偏振光、1/4波片
产生圆偏振光的光学元件称为1/4波片（1/4λ片）
式中x，y，z 为空间坐标，t为时间，v为光矢量E的传播速度， ▽2为拉普拉斯算子符号

2
2 x
2

2 y
2

2 z2
平面光波
2 E 1 2 E 2 2 2 z v t
z t z E ( z, t ) U 0 cos 2 vt U 0 cos 2 U 0 cos t k z T

光弹

3 ．等差线与等倾线
3 ．等差线与等倾线
从4.2.5式可知，受力模型在平面偏振光场中所产生的等倾线和等差线是并存的，这给观察带来不便，若采用圆偏振光场则可消除等倾线而只保留等差线．使等差线条纹图更清晰。
3 ．等差线与等倾线
在上述平面偏振光场（暗场）中模型的前面及后面，各加一片l／4波片
光弹性实验仪的光路图
平行光
平面偏振光
圆偏振光
圆偏振光
平面偏振光
平行光
反光镜
光源
准光镜
起偏镜
¼
波片
¼
模型
波片
检偏镜
成像透镜
屏幕
暗场——起偏镜垂直于检偏镜。
明场——起偏镜平行于检偏镜。正交圆偏振光场——1/4波片快慢轴成45。
光经起偏镜后的光强：
1 光弹性法的基本原理
光弹性法的基本原理可由光的波动理论来说明。光以电磁横波方式传播，电场、磁场相互垂直，均垂直于光的传播方向（如图所示），通常用电矢量E来表示光矢量.
1 光弹性法的基本原理
在垂直于光传播方向的某一固定平面观察时，所有光波可用一放射状的光矢量表示，由于普通光源由大量原子分子辐射体组成，其振动平面在任何方位概率相同，这种光称为自然光，图4.2.2a是一列沿Z轴传播的单色自然光。
1 光弹性法的基本原理
线偏振光可按通常的矢量分解与合成法沿任意正交坐标轴分解为两个正交的线偏振光分量（如图4.2.3所示）。
1 光弹性法的基本原理
两束向同一方向传播的平面偏振光，若其
频率相同、位相差恒定且处于同一振动平面，则在其重叠区内，光波叠加，合成光矢量的振幅增大或减小，光强出现增亮或变暗的现象，称为平面偏振光的干涉，这是得到光弹法条纹图的物理基础。

光弹性验原理及方法

u1、u 2 相对产生相位差：通过模型后，
a u1 cos( t ) 2 a ' u 2 sin( t ) 2
'
快、慢轴分解：
' 1 ' 2
u1、u 2 到达第二块1/4波片时，光波又沿此片的
a u 3 =u cos u sin [cos( t ) sin( t )sin ] 2 a ' ' u 4 =u1 sin u 2 cos [cos( t ) sin( t )cos ] 2
u 2 a 2 sin t 若相位差恰好为： 2 u1 a1 sin t u 2 a 2 sin( t+ ) a 2 cos t 2
两式平方后再相加，消去t，合成后的光矢量末端运动轨道在x-y平面内投影方程式： 2 2 取:
u1 u 2 2 1 2 a1 a 2 a1 a 2 a
§ 3.4 平面偏振光通过受力模型后的光弹性效应
一、平面偏振光装置简介从光源射出的光波起偏镜变成平面偏振光
若P A，从观测方向看到的暗背景，称平面偏振光暗场。
若 P A ，从观测方向看到的亮背景，称平面偏振光亮场。
光弹性法实质：利用光弹仪测出光程差，根据平面应力—光学定律
1）单色光通过起偏镜后为平面偏振光
' 4
所以在圆偏振光场中，只有等差线，而无等倾线。
消光条件与平面偏振光场相同，即只有sin 0 ，则 N N (N 0,1, 2 )
在模型中产生的光程差为单色光波长的整数倍，消光成黑点，这就是等差线的形成条件。
二、整数级与半数级等差线

光弹性原理及实验方法

3
§3.1 光测弹性法简介
光测弹性法的定义：
光弹（光测弹性力学）：利用光学方法进行应力分析的全场测试技术。
光测弹性法的基本原理：
采用具有所谓“暂时双折射效应”的高分子材料，如：环氧树脂、聚碳酸脂等，制成与实物形状和尺寸几何相似的模型（模型制作）；
并且给模型施加与实物相似的载荷，在特定的偏振光场中观察，模型中出现与应力有关的干涉条纹（条纹获取）；
电测法回顾
实际测量考虑：
z 温度补偿、防湿 z 栅长的选择 z 粘贴方向的影响 z 横向效应系数的修正 z 长导线的影响和修正
力学信号（应变）
（广义）胡克定律等
应力
z 单向应力 z 平面应力状态
（主应力方向已知） z 平面应力状态（主应力方向已知）
电阻应变仪（惠斯登电桥）
电桥的加减特性：
ΔU BD
光程
10
§3.2 光学基本知识
(2) 光程差与相位差
若初始位相相同的两束相干光，其中一束通过折射率为n1，厚度为h的介质。另
一束通过折射率为n2，厚度为h的介质，出介质时两束光的光程差与相位差为：
Δ
=
v
(t1
−
t2
)
=
v
⎛ ⎜ ⎝
h v1
−
h v2
⎞ ⎟ ⎠
=
h
( n1
−
n2
)
位相差： δ = 2π Δ λ
h
E1 n1
E2 n2
Q1:如n1>n2,问（1）离开介质时两束光的光矢量振动方程；（2）那束光位相滞后；（3）位相滞后多少?
E1
=
a sin [ω(t
−
t1 )

动态光弹性实验报告(3篇)

第1篇一、实验目的本次实验旨在通过动态光弹性法研究弹性体在动态载荷作用下的应力和应力波传播规律，验证理论分析的正确性，并探讨动态光弹性方法在工程中的应用价值。

二、实验原理动态光弹性法是实验应力分析的一种方法，通过在弹性体表面涂覆光弹性材料，利用光的偏振和干涉现象来观测应力分布。

当弹性体受到动态载荷作用时，光弹性材料会发生变形，导致光的传播路径和偏振状态发生变化，从而产生干涉条纹。

通过分析干涉条纹的形状和分布，可以确定弹性体内的应力状态。

三、实验设备1. 动态光弹性实验装置：包括光源、光弹性材料、样品架、加载装置等。

2. 高速摄影系统：用于记录动态过程中的干涉条纹。

3. 图像处理软件：用于分析干涉条纹。

四、实验步骤1. 准备工作：将光弹性材料涂覆在弹性体表面，设置实验参数，包括光源波长、加载速度等。

2. 加载过程：对弹性体施加动态载荷，记录不同时刻的干涉条纹图像。

3. 数据处理：利用图像处理软件分析干涉条纹，计算应力分布。

五、实验结果与分析1. 实验现象：在动态载荷作用下，弹性体表面出现明显的干涉条纹，条纹分布随着时间变化而变化。

2. 应力分布：通过分析干涉条纹，可以得到弹性体内的应力分布。

结果表明，应力主要集中在弹性体表面和内部裂纹附近。

3. 应力波传播：随着动态载荷的施加，应力波在弹性体内部传播，导致干涉条纹的移动和变化。

通过分析条纹的移动速度和方向，可以确定应力波的传播规律。

六、结论1. 动态光弹性法可以有效研究弹性体在动态载荷作用下的应力和应力波传播规律。

2. 实验结果与理论分析基本一致，验证了理论分析的正确性。

3. 动态光弹性方法在工程中具有广泛的应用价值，可用于预测和分析结构在动态载荷作用下的性能。

七、讨论1. 实验过程中，加载速度对干涉条纹的清晰度和应力分布的准确性有较大影响。

在实际应用中，应根据具体情况选择合适的加载速度。

2. 光弹性材料的选用对实验结果也有较大影响。

应选择具有良好光弹性能的材料，以保证实验结果的准确性。

光弹性应力分析

光弹性应力分析[引言]光弹性是实验力学中的一个分支，这个方法就是用光学灵敏材料制成与实物相似的模型，或在实际构件上粘贴光学灵敏材料，在相应载荷作用下，用偏振光照射可以得到等倾线和等差线的图像，通过分析图像和计算便能得到表面及内部的应力变化规律。

用这种实验方法求得的应力分量对工程设计来说具有足够的精度，它直观性强，可靠性高，适应性广，能求出在各种复杂条件下的全部应力状态。

特别是对理论计算较为困难的形状复杂、载荷复杂并有应力集中的构件（生产中经常遇到），光弹性法更能显示出它的优越性。

[实验目的]1．掌握光弹性方法的基本原理。

2．熟悉计算机图像处理技术。

3．了解光弹性方法在工程技术中的应用。

[实验原理]1．平面光弹性的应力—光性定律平面光弹性是指光弹模型处于平面受力状态的情况。

在光弹性实验中，常用自然光（白光）或单色光作为光源。

白光或单色光通过起偏器形成平面偏振光，当平面偏振光波垂直于模型平面入射时，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：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。

这就是布卢斯特（Brewster,S.D ）定律，用公式表示为)())((212121σσσσ-=--=-C B A n n （1—1）式中常数B A C -=。

由于两光波通过模型时沿主应力12,σσ方向内的折射率不同，故通过模型厚度d 后有一光程差δ出现，且d n n )(21-=δ （1—2）将式（1—1）代入式（1—2），得)(21σσδ-=Cd （1—3）式（1—3）称为平面光弹性的应力—光性定律，它是光弹性实验的基础。

由此可见，只要求出了光程差δ以后，就可以求出平面模型内各点的主应力差，这样就把一个求主应力值的力学问题转换为求光程差的光学问题了。

光弹法的介绍原理和应用

光弹法的介绍原理和应用1. 介绍光弹法（Photomechanics）是一种利用光学原理和力学方法相结合的实验技术，用于研究材料的应力-应变和变形行为。

它可以通过测量物体表面的光学特性来推断物体受到的机械应力，并进一步研究物体的力学性质。

2. 原理光弹法的原理基于材料的光学性质和光力学效应。

当光线投射到物体表面时，会发生折射、反射和散射等光学现象。

而物体受到外力作用时，它的形状和表面的折射率也会发生变化，从而导致光学特性的变化。

通过测量光学特性的变化，比如光的偏振、透射能力的变化，可以推断物体受到的应力和变形情况。

基本的光弹法实验通常包括光弹性实验和光测变形实验。

3. 应用光弹法在工程、材料科学和生物医学等领域都有广泛的应用。

以下是一些常见的应用领域：3.1 工程应用在工程实践中，光弹法常用于研究结构件的应力分布和变形情况。

通过测量物体表面的光学特性变化，可以推断结构件各处的应力状态，并在设计过程中优化结构和材料的选择。

光弹法通常应用于航空航天、汽车、机械等工程领域。

3.2 材料科学应用光弹法在材料科学领域中被广泛应用于研究材料的力学性质和应力-应变行为。

通过测量材料表面的光学特性变化，可以推测材料受力的情况，并分析材料的强度、刚度、疲劳性能等。

这对于材料设计和应用具有重要意义，特别是对于复合材料、薄膜材料和纳米材料等。

3.3 生物医学应用光弹法在生物医学领域中也有重要的应用。

通过测量生物体表面的光学特性变化，可以推断生物体受到的应力和变形情况，进而研究组织和器官的力学性质。

这对于理解生物体的力学行为、研究疾病和进行医学诊断具有重要意义。

4. 优点和局限性4.1 优点•非接触性：光弹法是一种非接触性的测量方法，可以避免物体表面被传感器接触而导致的测量误差。

•高精度：光弹法具有较高的测量精度，可以测量微小的变形和应力变化。

•快速性：光弹法的测量速度较快，可以实时监测材料的力学性质和响应。

•无损伤性：光弹法对物体本身没有损伤性，可以用于对敏感材料和生物组织的研究。

钢铁材料结构构件工作应力的检测方法及特点

钢铁材料结构构件工作应力的检测方法及特点摘要：应力是钢结构构件中的一个重要参数。

为了判断在役钢结构构件的实际应力，验证设计计算结果的正确性和可靠性，对结构构件尤其是一些重要的结构构件进行应力检测是极其重要的。

因此，有必要对钢结构构件的工作应力检测方法进行总结，并对比分析各种应力检测方法的优缺点，为更好地实现钢结构构件的实时应力监测奠定相关的理论基础。

关键词：钢铁材料结构；工作应力；检测方法；利用巴克豪森效应检测应力;利用逆磁致伸缩效应测量应力;铁磁材料应力的磁弹性检测方法及磁记忆应力检测方法都包括在磁力耦和应力检测方法之中,这也正是一种不同于常规的无损检测的新思路,即基于磁特性的钢铁结构无损应力检测方法。

这种基于钢铁材料磁力耦和特性的应力检测方法比常规无损检测方法先进了一步。

一、钢铁材料结构构件工作应力检测方法及特点检测钢铁材料及其构件的应力及残余应力,一直受到工程界的重视。

目前,还不能用通常的测力手段直接测量结构的应力,一般都通过测量由应力引起的材料的某种物理参数的变化,间接地得出应力的大小和方向。

针对钢铁结构构件工作应力的检测方法,可归纳为以下三种:有损应力检测法;常规无损应力检测法;钢铁材料磁力耦合应力检测法。

二、有损应力检测法1.削磨面积法。

削磨面积法是很常见的一种检测方法，在测试的时候通常选取被测试对象的最大的受力部位为检测区，这种检测方法是有损的，并且不易实现。

2.小孔法。

将有孔应变花放在检测对象的上，紧接着求出应变花的应力，然后要求出应变花电阻大小，最后求出被测物的应力。

这种检测方法在计算数据较为准确，在计算精度方面占有优势，对于精度要求较高的测算，这种方法比较适合。

三、常规无损应力检测法1.电阻应变计测量法。

在所有的测试手段中,电阻应变计测量技术是应用最广泛、发展最完善的一种测量方法。

它起源于19世纪。

这种测量方法的原理是用电阻应变计测定表面应变,再根据应力、应变的关系式,确定构件表面应力状态的一种试验分析方法。

光弹法的介绍_原理和应用

光弹法的介绍_原理和应用光弹应力分析一、光弹性的发展历史介绍光弹性法开展较早,在20世纪20年代初就解决了一系列弹性力学的难题。

在30年代发现了应力冻结现象,解决了三维问题。

40年代以后,由于仪器设备的改进,新的模型材料的采用和计算方法的提高,光弹性已成为较为完善的技术了, 在生产中起了重要作用。

60年代激光的出现,提供了一种相干性特别好的光源, 将这一光源引入到光弹性中出现了全息光弹性。

近年来计算机的出现,特别是计算机图像处理技术的发展,加上接收信息的CCD摄像机的发展,可省去全息光弹性方法显影和定影,直接在计算机上显示结果,这一发展引起了学术界的关注。

目前的光弹性法一方面向自动化、计算机化发展,另一方面向更广阔的领域中渗透, 在汽车、动力、土建水利、生物力学、航天、航空、机械制造等方面都得到了广泛的应用。

目前的光弹性法大致有以下几个主要分支:1、三维光弹性实际工程构件的形状和载荷都比较复杂,其中大多属于三维问题。

而在三维光弹性应力分析中,比较成熟的是冻结应力切片法。

用光弹性材料制成的模型,在室温下承受载荷时产生双折射现象,当把载荷撤掉后其光学效应随即消失。

在高温下也能观察到这种现象。

但是,一个承受载荷的环氧树脂模型,从高温(约100~ 130℃)逐渐冷却至室温后再撤掉载荷,则模型在高温下具有的光学效应可以被保存下来,称为应力冻结现象。

然后从冻结应力的模型中截取适当的切片, 并对切片中的条纹进行分析计算,就可以得到相应地应力分布情况。

这种方法的特点是:清晰直观,它能直接显示应力集中区域,并准确给出应力集中部位的量值。

特别是这一方法不受形状和载荷的限制,可以对工程复杂结构进行应力分析。

2、散光光弹性当光线通过透明的各向同性材料介质时,它沿着所有方向都有散射。

这种散射光是由悬浮于材料介质中的微小颗粒和材料的分子本身引起的,而且散射光总是平面偏振光,它的光强不仅和入射光的偏振特性有关,还和产生散射的材料介质的应力状态有关。

光弹性测量技术的原理与实践指南

光弹性测量技术的原理与实践指南引言光弹性测量技术是一种通过光的干涉和衍射原理来测量物体形变和应力分布的非接触式测试方法。

这种技术在材料科学、工程结构、生物医学等领域有着广泛的应用。

本文将介绍光弹性测量技术的原理以及实践指南，为读者提供更深入的了解和应用指导。

一、光弹性测量技术的原理光弹性测量技术是基于光的干涉和衍射原理来进行测量的。

当光束通过物体时，会发生折射、反射、透射和散射等现象，这些现象可以用干涉和衍射来解释。

1. 干涉原理当光束通过物体时，由于物体的形变或应力分布，光束的路径会发生改变，从而导致光程差的变化。

如果光束经过的两条路径的光程差为光波长的整数倍，就会出现干涉现象。

通过测量干涉条纹的移动，我们可以得到物体形变或应力分布的信息。

2. 衍射原理衍射是当光波通过一个孔或绕过障碍物时，光波会发生弯曲和扩散的现象。

通过观察衍射条纹的形状和位置，我们可以得到物体形变或应力分布的信息。

光弹性测量技术一般使用激光作为光源，因为激光的相干性和方向性可以提高测量的精度和稳定性。

二、光弹性测量技术的实践指南1. 实验器材进行光弹性测量实验需要准备一些基本的器材，包括激光器、光学元件（如透镜、偏振片、干涉仪）、相机、光敏材料等。

这些器材的选择应根据实验目的和精度要求来确定。

2. 校准和标定在进行光弹性测量之前，需要进行系统的校准和标定。

校准是为了确保测量结果的准确性和可靠性，可以通过对已知形变或应力的标准样品进行测量来进行校准。

标定是为了确定光程差和位移之间的关系，可以通过加权法或多次观测法来确定标定曲线。

3. 测量方法光弹性测量可以采用静态或动态方法。

静态方法是在物体施加一个稳定的形变或应力状态下进行测量，可以得到物体的静态应力分布。

动态方法是在物体施加一个变化的形变或应力状态下进行测量，可以得到物体的动态应力响应。

根据实验需求和物体特性选择合适的测量方法。

4. 数据处理在进行光弹性测量实验后，需要进行数据处理和分析，以得到所需的形变或应力分布信息。

利用光弹性技术研究材料的力学性质

利用光弹性技术研究材料的力学性质光弹性技术是一种利用光学方法研究材料力学性质的先进技术。

它通过利用光的传播特性和材料的光学性质，实现对材料的力学性能进行无损、高灵敏度的表征。

光弹性技术不仅可以在微纳米尺度上研究材料的弹性和塑性变形行为，还可以用于材料的断裂、疲劳、磨损等力学性能研究。

光弹性技术的基本原理是光的散射现象。

当光束通过材料时，会受到材料中原子和分子的散射作用。

这种散射会改变光的传播方向和强度，从而提供了关于材料内部结构和力学性质的信息。

光弹性技术通过测量光的散射特性，可以获得关于材料的应力分布、弹性模量、内部结构等信息。

光弹性技术广泛应用于材料科学和工程领域。

在材料科学中，光弹性技术可以用于研究材料的微观结构和宏观力学性质之间的关系。

通过测量不同方向上的光散射强度，可以获得材料的各向同性和各向异性力学性质。

这些信息对于理解材料的力学行为、设计新材料具有重要意义。

例如，研究者可以利用光弹性技术来研究新型合金材料的性能。

通过测量不同应力下合金材料的散射特性，可以获得材料的应力-应变关系，从而评估合金材料的强度、韧性等力学性质。

这对于合金材料的设计和应用具有重要意义，可以帮助研究者优化材料组分和加工工艺，提高合金材料的性能。

在工程领域中，光弹性技术可以用于研究材料的断裂行为和疲劳性能。

通过测量材料在不同应力水平下的光散射特性，可以获得材料的疲劳寿命和断裂韧性等关键参数。

这对于确保工程结构的安全性和可靠性非常重要。

此外，光弹性技术还可以与其他测试方法相结合，实现对材料力学性质的多尺度、多模态表征。

例如，将光弹性技术与扫描电镜技术结合，可以实现在微观尺度下对材料的结构和力学性能的同时观测。

这种结合技术可以为材料科学研究提供更加全面和深入的理解。

综上所述，光弹性技术是一种非常有前景的材料力学性能研究方法。

它利用光的传播特性和材料的光学性质，实现对材料的力学性能进行高灵敏度、无损的表征。

光弹性技术在材料科学和工程领域的应用广泛，为理解材料的力学行为、设计新材料等提供了有力的支持。