光弹性实验

光弹性实验

实验指导（for students）

一、实验目的

（一）认识光弹仪各部件的名称和作用，初步了解光弹性实验的基本原理和方法。

（二）观察光弹性模型受力后在偏振光场中的光学效应。

二、预习要求

在实验前，阅读教材中有关光弹性实验的内容，了解光弹性实验的基本原理。

三、仪器设备及工作原理

（一）实验设备：光弹仪（409—Ⅲ型）

（二）试件：

1. 带孔平板拉伸试件；

2.圆盘压缩试件；

3.纯弯曲梁试件；

4.伞齿轮三维切片试件。

（三）光弹仪构造及工作原理

1.光弹仪构造

光弹仪由光源、准直透镜、起偏振镜、1/4波片、加载架、1/4波片、检偏振镜、视场透镜、屏幕或相机等部件组成。

2.光弹仪工作原理

光源发出的单色光，经过起偏振镜后，变成一束平面偏振光，其振动方向与起偏振镜的偏振轴一致。此偏振光通过受力模型的某一点时将产生双折射现象，即入射的偏振光沿两个主应力（σ1，σ2）方向分解为两束相互垂直的偏振光，而且分解后的两束偏振光在模型内的传播速度不同，所以它们离开模型时就产生了光程差△，经推导可知，光程差△与主应力差σ1-σ2，模型厚度h，以及模型材料本身的光学常数C有关：△=Ch（σ1-σ2），此式称为应力——光学定律。

为了测量△，需要把两束出射光波变成在一个方向上振动的光波，才能产生光的干涉，因此在模型后面放入另一个偏振镜，其偏振轴与起偏镜的偏振轴相互垂直，称为检偏振镜。这样，两束出射光波通过检偏振镜后将在一个面上振动(沿检偏镜的偏振轴方向)，当两束光波相位相同时，光强得到加强；当两束光波相位相反时，光强将减弱。因而形成明暗相间的干涉条纹。根据这些条纹（等差线、等倾线）可以得到该点的主应力差和主方向，再配合其他方法（如剪应力差法、斜射法）即可求得该点的两个主应力及对应的主方向。

四、实验过程

（一）接通电源，使光弹仪处于工作状态。

（二）将模型（试件）置于加载架上，给定载荷进行实验。

1. 观察带孔平板受拉伸时的等差线图，判别等差线条纹级数的大小，观察孔边应力集中现象。

2. 观察对径受压圆盘的等差线、等倾线图，同步旋转偏振镜观察等倾线的变化。

3.观察纯弯曲梁的等差线图。

4.观察伞齿轮三维切片的等差线图，了解三维光弹性应力分析原理。