现代固体实验技术实验5光弹性实验
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
光弹性观察试验
光弹性测试方法实验一．实验目的1. 了解光弹性仪器各部分名称和作用，掌握光弹性仪器的使用方法；2. 观察光弹性模型受力后在偏振光场中的光学效应，加深对典型模型受力后全场应力分布情况的了解：3. 观察等差线和等倾线，学会判别等差线和等倾线。
二．实验设备和模型1．PJ20型光弹性仪；2．光弹性模型梁、圆环、圆盘、有孔拉伸板试件三．实验原理和方法光弹性仪由光源（包括白光和单色光）、一对偏振镜、一对四分之一波片以及透镜等构成，见下图。
PJ20型光弹性仪除偏振偏、四分之一波片以及透镜外，还有给模型加载荷的加力架，见右图。
光弹性实验，最基本的是布置平面偏振光场，该光场是由光源和一对偏振镜组成，靠近光源的为起偏镜，另一片为检偏镜。
当两偏振镜轴成正交时形成暗场，平行时为亮场。
通常暗场时，调整起偏镜轴于垂直方向，检偏镜轴为水平方向。
在正交平面偏振光场中，由暂时双折射材料制成的模型受力后，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Δ，此光程差与模型厚度h 及主应力差（σ1 - σ2）成正比()21σσ-=∆Ch （1）式中C 为应力光学系数，此式即为平面应力-光学定律，当光程差 Δ为光波波长 λ 的整数倍时，即 Δ=N λ （N=0，1，2 …） （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色条纹，称为等差线。
由（1）、（2）两式可得hNf =-21σσ （3） 式中f=λ/C 称为模型材料条纹值。
由此可知，等差线上各点主应力差相同，对应于不同的N 值则有0级、1级、2级 …… 等差线。
在模型内凡主应力方向与偏振镜轴重合的点，亦形成一条黑色干涉条纹，称为等倾线。
由等倾线可以确定各点的主应力方向。
当两偏振轴分别为垂直和水平放置时，对应的为零度等倾线。
此时若再将偏振镜轴同步反时针方向旋转100，200… 就得到100，200… 的等倾线，其上各点主应力方向与垂直或水平线成100，200… 夹角。
光弹性实验.
白光源：由红、橙、黄、绿、青、蓝、 紫七种单色光组成的。
自然光：横波，沿任意方向振动。
双正交圆偏振光场： 在正交平面偏振光中，同时存在着等差线和等倾线。 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一波片，以形成正交圆偏振光 场,消除等倾线。
正交圆偏振光场布置简图
二、原理
光弹实验
一、实验目的 了解光弹性的原理和特点 了解光弹性仪结构, 掌握光弹性仪的使用方法 观察光弹性模型受力后在偏振光场中的光学效应 测定纯弯曲梁的弯曲正应力
1
光弹仪的基本构成
•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
•透镜和屏幕
其装置结构如图所示
•S-光源，G-隔热玻璃，F-滤色片，-准透 镜，P-起偏镜，Q-1/4波片， •O-模型，A-检偏镜，-视场镜，C-屏幕。
•对光弹材料的基本要求 1.质地均匀,透明度好;
2.不受力时的力学性能和光学性能都是各向 同性的,受力时具有双折射性;
3.光学灵敏度高,即条纹值(f=λ /c)要小; 4.外载荷与应变是线性关系; 5.无初始应力; 6.工艺性能好,易于机械加工; 7.容易加工,价格低廉.
1、平面应力-光学定律（附图）
此式（2）具有很高的实 用价值。
3
3
1
自由边界
16
二、原理
2、条纹值的测定（利用对径受压圆盘） 计算 f 的公式：
f 8F N 0 D [ N / mm]
从同一块光弹性材料上割下 两块，分别加工成模型和圆盘。
圆盘用于测定条纹值f。
常用光弹性材料： 1. 聚碳酸脂
F
012345
等差线
2. 环氧树脂
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。
平面光弹性实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解平面光弹性实验的基本原理和方法。
2. 学习使用光弹性实验装置，观察和记录应力光图。
3. 通过实验验证光弹性原理在应力分析中的应用。
二、实验原理光弹性实验是一种利用光学原理研究材料内部应力的方法。
其基本原理是：当光通过具有应力状态的透明材料时，光线的传播方向会发生改变，这种现象称为光弹效应。
通过观察和分析光弹效应，可以推断出材料内部的应力分布情况。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：- 光弹性实验装置（包括光源、显微镜、照相机等）- 模型材料（透明塑料或玻璃）- 标准模型（如拉伸、压缩、弯曲等）2. 实验材料：- 模型材料：透明塑料板或玻璃板- 荧光染料：用于增强应力光图的可视性四、实验步骤1. 准备实验材料，将模型材料切割成所需形状和尺寸。
2. 在模型材料上涂上荧光染料，增加应力光图的可视性。
3. 将涂有染料的模型材料放置在实验装置中，调整光源和显微镜的位置，使光线能够透过模型材料。
4. 开启光源，调整显微镜，观察并记录应力光图。
5. 根据应力光图，分析模型内部的应力分布情况。
6. 对比标准模型，验证实验结果的准确性。
五、实验结果与分析1. 实验过程中，观察到模型材料在不同应力状态下的应力光图。
2. 通过分析应力光图，发现模型材料在拉伸、压缩、弯曲等应力状态下的应力分布情况。
3. 对比标准模型，实验结果与理论预期基本一致，验证了光弹性原理在应力分析中的应用。
六、实验结论1. 光弹性实验是一种有效的研究材料内部应力的方法。
2. 通过观察和分析应力光图，可以直观地了解材料内部的应力分布情况。
3. 光弹性实验在工程实践中具有重要的应用价值。
七、实验注意事项1. 实验过程中，注意安全，避免受伤。
2. 调整光源和显微镜时，保持操作稳定，避免光线晃动。
3. 实验结束后，清理实验场地，回收实验材料。
八、实验总结本次平面光弹性实验，使我们了解了光弹性原理及其在应力分析中的应用。
通过实验，掌握了使用光弹性实验装置的方法，提高了观察和分析应力光图的能力。
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
分掰式卡瓦在工作时都处于复杂的应力状态，而且作用在油井多工况的介质中，这就给精确的理论分析与计算结果带来很大困难。
因此，必须首先借助于较为精确的实验分析方法确定它的边界受力条件，然后再进行理论分析与计算，而光弹性正是其中比较理想的一种实验方法。
它是目前研究结构和零部件应力分布的有效手段，具有直观、全面、实时等优点，对测定构件的边界应力和应力集中更具特色。
从力学强度观点分析，本研究课题首先应采用光弹法确定分掰式卡瓦从坐封到贴紧套管内壁这个阶段其内部的应力分布及对套管内壁接触应力的大小，然后用理论计算进行校核。
因此，利用光弹性原理对卡瓦模型进行冻结切片处理，根据光弹性和模型相似理论换算出实物卡瓦中各点应力大小和方向，是研究本课题的技术关键之一。
光弹性是一种利用偏振光进行应力测量的方法。
它采用具有暂时双折射性能的透明塑料(本实验使用环氧树脂材料)制成与实物形状几何相似，并使模型受力情况与实物载荷相似，在高温应力冻结后，根据三维应力分析的需要对应力冻结的模型进行切片，将各切片置于偏振光场中，可获得等差线和等倾线的干涉条纹图。
这些条纹显示了模型边界和内部各点的应力情况，按照光弹性原理，即可计算出模型各点应力的大小和方向，实物上的应力可根据模型相似理论换算求得。
以下是本课题光弹实验中所用的几个基本原理[102]。
2.1.1 应力－光学定律当光线进入具有暂时双折射效应的光弹性材料时，由于应力的存在，光线将沿主应力方向分解为沿主轴方向偏振的平面偏振光。
该偏振光的传播速度与该方向的折射率有关。
无应力时材料的折射率N与有应力以后沿三个主应力方向的折射率N1、N2、N3和三个主应力σ1、σ2、σ3有如下关系：。
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。
光弹实验讲义课件
光弹实验原理
用光敏物质做成与待分析部件相似的模型，按部件实际受 力情况对模型施加应力。
模型的各受力点产生相应的双折射，即o光与e光折射率no 与ne不同，各点折射率差与该点内应力成正比，即 no -ne = k σ
纵树型叶根
光弹实验
大连理工大学 能源与动力工程实验教学中心
实验目的 实验原理 实验系统 实验内容 思考题
实验目的
利用光弹仪分析部件受到变化的外力时， 其内应力大的变化情况；
利用光弹仪分析部件受到外力时，其内应 力的方向分布情况。
光弹实验原理
双折射是光束入射到一些晶体中，分解为两束光而沿着不同 的方向折射的现象，两束光的传播速度和折射率随振动方向 不同而不同。
四分之一波片：能使透射出来的振动方向沿波片的快、慢轴分解 为互相垂直的两束偏振光，彼此间产生光程差为四分之一波长的 波片
圆偏振光的形成：偏振光的振动平面与1/4波片的快轴或慢轴成 45°夹角时，产生圆偏振光
光弹实验原理
主应力差与光程差有关：
E asint
沿 沿
1方向：E1 2方向：E2
a sin t cos a sin t sin
光弹性效应：有一些光学介质，它们在自然状态下是各向同 性的，没有双折射性质。但当受到机械力作用时，将成为光 学各向异性，出现双折射现象。这种双折射是赞时的，应力 解除后即消失，称之为光弹性效应。
光弹实验原理
并非所有物质都有光弹性效应，我们把具有明显光弹性 效应的物质，如环氧树脂、、玻璃、塞璐珞等称光敏物 质；将光弹性效应微弱的物质，如有机玻璃等称非光敏 物质。
等倾线：模型上某点主应力方向与偏振轴平行或垂直， 各点将产生一条干涉条纹，叫做等倾线
固体力学实验第五章
I Kasin2sin2
2
P
P
IK2asi2 n2si2 n2
Sp S2
1
S1
A
2
S4
1
S3
A
SA
2020/10/7
固体力学实验 第五章 光弹性基础
光经起偏镜后的强度：
IKsi2n 2 si2n C( d1 2)
放置(暗场) 平行平面偏振布置——起偏镜与检偏镜的偏振轴互相平行
放置(明场)
正交平面偏振布置时，观察到的光场为暗场 ；平行平面偏 振布置，此时，观察到的光场为亮场。
2020/10/7
固体力学实验 第五章 光弹性基础
偏振部分——平面偏振光场
实现：仅起偏镜P＋检偏镜A
PA 正交平面偏振光场 暗场 P//A 平行平面偏振光场 明场
光参量
2020/10/7
固体力学实验 第五章 光弹性基础
光测与电测
光弹性实验和电测实验相比 则具有全场分析和直观性的 特点。
2020/10/7
固体力学实验 第五章 光弹性基础
4.1 光弹性仪
• 光源部分 • 偏振部分 • 投影部分
2020/10/7
固体力学实验 第五章 光弹性基础
平圆
平 面偏
行 光
偏 振
振 光
光
圆平 偏面平 振偏行 光振光
光
光 源
准 光 镜
起 偏 镜
¼
波 片
模 型
¼
波 片
检成 偏像 镜透
镜
屏 幕
2020/10/7
固体力学实验 第五章 光弹性基础
光弹性实验总结报告
光弹性实验总结报告光弹性实验总结报告光弹性实验是一种基于光的材料性能测试方法，通过测量材料在光作用下的力学响应来研究材料的弹性性质。
在本次实验中，我们使用了一台光弹性仪，对不同材料进行了测试，并对实验结果进行了分析与总结。
首先，我们选择了五种常见材料（金属、塑料、橡胶、木材和陶瓷）作为实验样本，确定了它们的几何形状和尺寸，并在实验仪器中安装调整好样品。
然后，我们使用了一束激光照射到样品表面，在测力传感器的作用下，实时记录样品的位移和力。
在实验过程中，我们发现不同材料在光照下会呈现出不同的弹性行为。
金属材料在受到光照射后表现出较小的变形和较大的弹性恢复，这是因为金属具有较高的弹性模量和强度。
相比之下，塑料和橡胶材料在光照下会有较大的变形，并且较低的弹性恢复，这是因为它们相对较低的弹性模量和强度。
此外，我们还观察到木材和陶瓷材料在光照射下的行为与金属、塑料和橡胶材料有较大的差异。
木材在受光作用下表现出较小的变形和较大的弹性恢复，这是由于木材具有纤维状结构和较高的纤维间键合强度。
陶瓷材料在光照下则显示出较大的变形和较低的弹性恢复，这是因为陶瓷的结构相对松散且易碎，容易发生永久性变形。
通过对实验结果的分析，我们可以得出结论：光弹性实验是一种有效的材料性能测试方法，可以用于研究不同材料的弹性性质。
不同材料在光照下会呈现出不同的弹性行为，这与材料的组成、结构和强度有关。
金属材料具有较高的弹性模量和强度，而塑料和橡胶材料则具有较低的弹性模量和强度。
木材具有纤维状结构和较高的纤维间键合强度，因此在光照下的弹性行为与金属、塑料和橡胶材料有所不同。
陶瓷材料的结构相对松散且易碎，容易发生永久性变形。
最后，我们还需要指出本次实验中存在的一些限制和改进方向。
由于实验样品的选择有限，我们只能对几种常见材料进行测试，难以得到全面的结果。
在日后的实验中，我们可以选择更多不同类型的材料进行测试，以提高研究的广度和深度。
此外，在实验中还需要注意样品的几何形状和尺寸的选择，以及光照的强度和方向的控制，以确保实验结果的准确性和可靠性。
光弹性实验介绍
光弹性实验方法是一种光学的应力测量方法在光测弹性仪上进行先用具有双折射性能的透明材料制成和实际构件形状相似的模型受力后以偏振光透过模型由于应力的存在产生光的暂时双折射现象再透过分析镜后产生光的干涉在屏幕上显示出具有明暗条纹的映象根据它即可推算出构件内的应力分布情况所以这种方法对形状复杂的构件尤为适用
（1）白光光源下采用正交圆偏振场观察，黑色的 条纹是零级条纹，而其他级次的条纹呈现为彩色。
（2）利用应力分布规律，如模型的自由方角；纯弯曲 梁的中性层；拉应力和压应力的过渡等位置上，必然 是σ ′=σ ″= 0，这些位置出现的等差线必为零级。
确定零级条纹后，其他条纹级次可依据应力分布连续 性原理依次定出。总体规律是：在白光照射下条纹级 数从低向高增加时，各级条纹颜色变化由深向浅。
应力数值。尤其对构件应力集中系数的确定，光弹性试验法显得特别方
便和有效。
光弹性法特点
模型实验（相似关系） 全场显示与分析（反映全场应力分布的
干涉条纹图） 直观性强（应力分布规律由干涉条纹分
布形象地显示）
光弹法基本原理
用某种透明材料制成转头模型，模拟被测 物受力状态，将其放置在偏光场中，通过观察 模型受力后产生的光弹效应来分析应力的方法。
光弹性方法的特点： 1.直接测量应力的大小和方向； 2.可显示全场应力分布，进行全场分析； 3.可测内部应力； 应力冻结法 4.可测三向应力。
光弹实验报告
光弹性应力测试实验报告指导教师：王美芹学院：班级：学号：平行平面偏振场亮纹的条件。
然而，等倾线和等差线在一个图像上显示，难免会使图像不清晰，为了改进实验，我们在实验中把平面偏振场改为圆偏振场，这样就可以得到清晰的等倾线，它与平面偏振场的区别是在装置的模型两侧分别加了一个四分之一波片，当然了，也可以通过快速旋转正交偏振轴，快到应力模型上不同度数等倾线的取代过程用肉眼分辨不出来来消除等倾线的影响。
应力模型所使用的仪器为偏光弹性仪，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1。
图1 光弹性仪装置简图S—光源L—透镜 P—起偏镜M—四分之一波片A—检偏镜O—试件I—屏幕光弹性实验中最基本的装置是平面偏振光装置，它主要由光源和一对偏振镜组成，靠近光源的一块称为起偏镜，另一块称为检偏镜。
当两偏振镜轴正交时开成暗场，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。
M是四分之一波片，若把四分之一波片的快慢轴调整到与偏振片的偏振轴成45o的位置，就可以得到圆偏振光场。
将一个平面受力模型置于平面偏振光场中，入射光矢量E将通过偏振片、模型双折射片和分析片。
光波强度变为I：αϕ2sin2sin222AI=A为常数，α为模型内主应力方向与偏振轴的夹角，ϕ为模型双折射片产生的滞后量。
当光程差为光波波长λ的整数倍时，即D=Nλ????????N=0，1，2， (3)产生消光干涉，呈现暗场，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（1）、（2）、（3）可得到12Nf hs s-=（4）其中fCl=称为材料条纹值。
由此可知，等差线上各点的主应力差相同，对应于不同的N值则有0级、1级、2级……等差线。
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。
实验报告光测弹性(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解光测弹性原理，掌握光测弹性仪的使用方法。
2. 观察光弹性模型受力后的光学效应，分析应力分布。
3. 通过实验数据，验证光测弹性原理在应力分析中的可行性。
二、实验原理光测弹性法是一种利用光学方法测量材料内部应力分布的技术。
其基本原理是：当光波通过各向异性的弹性体时，会发生双折射现象，使得光波分解为两束折射光线。
这两束光线在通过弹性体时，由于受到不同的应力作用，其相位差发生变化，从而导致光强分布发生变化。
通过观察光强分布的变化，可以分析出材料内部的应力分布。
三、实验仪器与材料1. 光测弹性仪：包括光源、起偏器、检偏器、1/4波片、补偿器等。
2. 光弹性模型：由各向异性材料制成，形状可根据实际需求设计。
3. 支撑装置：用于固定光弹性模型。
4. 测量工具：如标尺、游标卡尺等。
四、实验步骤1. 将光弹性模型固定在支撑装置上，确保模型在受力过程中保持稳定。
2. 打开光源，调节光强，使其达到适宜水平。
3. 将起偏器放置在光源与光弹性模型之间，使其产生线偏振光。
4. 将1/4波片放置在起偏器与光弹性模型之间，使其产生圆偏振光。
5. 将光弹性模型放置在检偏器前，调整检偏器，观察光强分布。
6. 在光弹性模型上施加不同方向的力，观察光强分布的变化。
7. 记录实验数据，分析应力分布。
五、实验结果与分析1. 实验过程中，当施加不同方向的力时，光强分布发生了明显变化。
在受力较大的区域，光强分布呈现出明显的条纹状，且条纹间距随着应力的增大而增大。
2. 通过对实验数据的分析，可以得出以下结论：（1）光测弹性法可以有效地测量材料内部的应力分布。
（2）应力分布与光强分布之间存在一定的对应关系，即应力越大，光强分布的条纹间距越大。
（3）光测弹性法在实际工程中的应用具有广泛的前景。
六、实验总结1. 本实验成功地验证了光测弹性原理在应力分析中的可行性，为今后相关研究提供了实验依据。
2. 通过实验，掌握了光测弹性仪的使用方法，为今后进行相关实验奠定了基础。
光弹性实验
光弹性实验一．实验目的1.光弹性实验是一种光学的应力测量方法，是材料力学实验的重要组成部分。
通 过该实验熟悉光弹性等色条纹级次的判定方法。
2.理解材料条纹的力学意义 二．实验原理塑料、玻璃等非晶体在通常情况下是各向同性而不产生双折射现象的。
但是当它们受到应力的时候，就会变成各向异性而显示出双折射性质，这种现象称为光弹性效应。
光弹性法的光源有单色光和白光两种，单色光是只有一种波长的光；白光则是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等七种单色光组成的。
发自光源的自然光是向四面八方传播的横振动波。
当自然光遇到偏振片时，就只有振动方向与偏振轴平行的光线才能通过，这就形成平面偏振光，其振动方程为vtA u λπ2sin= （1）式中A 为光波的振幅，λ为单色光的波长，v 为光波的传播速度，t 为时间。
根据光学原理，偏振光的强度与振幅A 的平方成正比，即2KA I = （2） 比例常数K 是一个光学常数。
用具有双折射性能的透明材料（如环氧树脂塑料或聚碳酸脂塑料）制成与实际构件相似的模型，并将它放在起偏镜和检偏镜之间的平面偏振光场中（见图1）。
当模型不受力时，偏振光通过模型并无变化。
如模型受力，且其某一单元的主应力为1σ和2σ，则偏振光通过这一单元时，又将沿1σ和2σ的方向分解成互相垂直，传播速度不同的两束偏振光，这种现象称为双折射。
由于两束偏振光在模型中的传播速度并不相同，穿过模型后它们之间产生一个光程差∆。
实验结果表明，∆与该单元主应力差()21σσ-和模型厚度h 成正比，即()21σσ-=∆Ch （3）式中比例常数C 与光波波长和模型材料的光学性质有关，称为材料的光学常数。
公式（3）称为应力光学定律。
光弹性法的实质，是利用光弹性仪测定光程差∆的大小，然后根据应力光学定律确定主应力差。
三．平面偏振布置PAΨσ1σ2uu 1,u ‘1u 2,u‘2o图2偏振轴与应力主轴的相对位置图1 受力模型在正交平面偏振布置中光源起偏镜模型检偏镜PA如图1所示的正交平面偏振布置，用符号P 和A 分别代表起偏镜和检偏镜的偏振轴。
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。
5光弹法
第三篇 光弹性实验方法
光弹性实验方法
模型法
实际构件
相似理论
物理的光学
模型
实验测主应力及主方向
弹性力学
相似理论
实际构件
2
光弹性实验方法的特点：
1、精度较高 光弹性实验的精度比电测法低。 2、直观性强 通过模型实验可判断高应力区、低应力区及应力集中 等现象。 3、全场分析 通过模型实验可获得平面各点的应力分布情况。 4、解三维问题 通过模型实验不仅可确定平面问题的应力场而且还可
n1 n0 A 1 B 2 n2 n0 A 2 B 1
n0
——无应力时模型材料的折射率
n1，n2 ——分别为沿 1 ， 2 方向振动的一束平面偏振光的折射率
A , B ——模型材料的绝对应力光学系数
消去 n0 ： n1 n2 ( A B)( 1 2 ) —— 折射率之差与应力差成正比
光在介质 1 中的速度为：v1 绝对折射率：
vc n1 v1
2
光在介质 2 中的速度为：v
vc 绝对折射率： n2 v2
光对两种介质的相对折射率：
n2 v1 sin i n12 n1 v2 sin
13
2、各向异性体的双折射定理
双折射现象：指一束光波以入射角为 i 的方向入射时，在进入晶体以后，
光线将分成两束以不同的折射角 1， 2方向传播，这两束
传播方向不同的光波不仅具有不同的传播速度而且具有不同 的偏振方向——偏振方向相互垂直。 （1）这两束传播方向不同的光波，其传播速度也不同。
14
（2）两束光波的传播速度不同，因而具有不同的折射率。
sin i vi n1 sin 1 v1
光弹性实验实验报告
6.换上其他一至两个模型，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。
7.关闭光源，取下模型，清理仪器、模型及有关工具。
在实验中，取N为整数，△N=1，测取相应的P值，而非给定△P逐级测取N值。这样便于实验，可避免给定 △P后，可能出现非整数级条纹，不便测取。此法称为条纹级次法。
2、测材料条纹值
（1）装夹试件，布置双正交偏振光场，开启光源。
（2）逐级加载，均匀拉伸段将发生颜色变化，按黄，红蓝，缘顺序出现，当完成一个循环后又按此色序重复。规定红，蓝过渡色（绀色）为整数级条纹，当绀色第一次出现时，N=1；第二次出现时N=2，…依此类推。在记录时，先记N，然后记下相应载荷
。进行数次后，每一组N值及P值可求得一个 值，然后求平均值即得材料纹值。
其中C为比例系数，此式称为平面应力光学定律。
当光程差为光波长 的整数倍时，即
…… （9-2）
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（9-1）和（9-2）可得到
（9-3）
其中 称为材料条纹值。
由此可知，等差线上各点的主应力差相同，对应于不同的N值则有0级、1级、2级……等差线。
本试验用轴向拉伸试件来标定 值。均匀拉伸段的理论应力值为：
（单向拉伸），又（9-4）式把 及 代入（9-6）,由此可获得P,N, 后，标定出 。
实验方法与步骤
1、光弹性观察实验
1.观看光弹性仪的各个部分，了解其名称和作用。
2.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，反复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利用，并正确布置出正交
光弹性实验
光弹性实验实验讲课提纲一、自然光与平面偏振光（一）自然光我们日常所见的光源，如太阳和白炽灯，所发出的光波是由无数个互不相干的波组成的，在垂直于光波传播方向的平面内，这些波的振动方向可取任何可能的振动方向，没有一个方向较其他方向更占优势。
也就是说，在所有可能的方向上，振幅都是相等的。
这种光称为自然光。
（二）平面偏振光如光波在垂直于传播方向的平面内只在某一个方向上振动，且光波沿传播方向上所有点的振动均在同一平面内，则此种光波称为平面偏振光。
二、光弹性实验原理将具有双折射性能的透明塑料，制成与零件形状几何相似的模型，使模型受力情况与零件的载荷相似。
平面偏振光透过受有外力作用的模型时，分解成两束相互垂直的偏振光，分别在两个主平面上振动，且传播速度不等，其结果从模型上每一点透出的振动方向相互垂直的两个光波间产生光程差。
如果再使它通过偏振镜，则产生光的干涉现象，得到等倾线和等差线两种干涉条纹。
由等倾线可以求得主应力方向，由等差线可以求得主应力差σ1-σ2，再配合其他方法则可以求解出模型上一点的主应力σ1和σ2。
根据模型相似理论可以由模型应力换算求得真实零件上的应力。
三、光弹性实验装置（一）光弹仪的基本构造光弹仪由光源、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。
（二）光弹仪的调整1.平面偏振光场（1）正交平面偏振光场（暗场）；（2）平行平面偏振光场（亮场）。
2.圆偏振光场（1）双正交圆偏振光场（暗场）；（2）平行圆偏振光场（亮场）。
四、等倾线与等差线设光源发出的单色光波为u1=aSinωt在正交平面偏振光场中，此单色光波经起偏镜，受力模型，再经检偏镜射出后，成为ｕ2=aSin(2ψ)Sin(π△/λ)Cos(ωt+π△/λ)其光强为I=K[aSin(2ψ)Sin(π△/λ)]2使I=0的第一种情况是Sin2ψ=0，即ψ=0，或ψ=π/2。
ψ=0，或ψ=π/2表示该点应力主轴方向与偏振轴方向重合。
光弹性实验报告总结(3篇)
第1篇一、实验背景光弹性实验是一种利用光学的原理和方法，对材料在受力状态下的应力分布进行定量分析的技术。
通过观察材料在偏振光场中的光学效应，可以直观地了解材料内部的应力分布情况。
本实验旨在通过光弹性方法，观察材料在受力后的光学变化，分析应力分布，并验证理论计算结果。
二、实验目的1. 掌握光弹性仪的使用方法和原理。
2. 观察光弹性模型在受力后的光学效应，分析应力分布。
3. 通过实验数据，验证理论计算结果的准确性。
4. 深入理解材料力学性能与光学效应之间的关系。
三、实验原理光弹性实验基于双折射原理，当一束平面偏振光通过双折射材料时，光会被分解为两束振动方向互相垂直的平面偏振光，这两束光的速度不同，导致相位差，从而产生干涉条纹。
当材料受力后，其光学性质发生变化，导致干涉条纹的形状和位置发生变化，通过观察这些变化，可以分析材料的应力分布。
四、实验步骤1. 准备实验材料：光弹性模型、偏振光源、起偏镜、检偏镜、1/4波片等。
2. 调整光路：将偏振光源、起偏镜、检偏镜、1/4波片依次连接，调整光路，使光束通过光弹性模型。
3. 观察并记录：观察光弹性模型在受力后的光学效应，记录干涉条纹的形状和位置。
4. 分析数据：根据干涉条纹的变化，分析材料的应力分布。
5. 计算理论值：根据材料力学理论，计算理论应力值。
6. 对比分析：将实验结果与理论计算结果进行对比，分析误差来源。
五、实验结果与分析1. 光弹性模型在受力后，干涉条纹的形状和位置发生了明显变化，说明材料在受力后光学性质发生了变化。
2. 通过分析干涉条纹的变化，可以得到材料内部的应力分布情况。
3. 将实验结果与理论计算结果进行对比，发现两者存在一定误差，分析误差来源如下：- 实验过程中，光路调整可能存在误差；- 材料在受力过程中，存在弹性变形和塑性变形，导致应力分布与理论计算存在差异；- 理论计算中，假设材料为均匀各向同性，而实际材料可能存在各向异性，导致误差。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验报告
一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理
六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
一、实验目的和要求（必填）
1、了解光弹仪的构造并掌握其基本的使用方法；
2、观察人工双折射材料制作的受力模型在特定偏振光场中的光学效应；
3、掌握绘制和识别等色线（等差线）、等倾线的方法，观察各种特征点的表现形式；
4、掌握材料条纹值f 的测量方法；
5、掌握光弹性方法判断压力分布规律的基本原理；
6、掌握应力集中系数计算、应力强度因子计算的试验方法；
7、掌握剪应力差法计算任一界面的应力分量的方法。
二、实验内容和原理（必填）
光弹性应力分析曾经是复杂结构应力分析的重要方法。
在有限元方法高度发展的背景下，光弹性方法测试应力分布的手段已经逐渐淡化，但是对于研究应力分布规律还是具有独特的魅力。
其特点为：可以直接测量应力的大小和方向；可显示全场应力分布，进行全场分析可测内部应力及其3向应力场。
在偏振光场中，各向同性的光弹性模型在载荷作用下会产生暂时双折射效应，其主折射率和主应力有关，主折射率又可由相应的光程差来确定，因此可用光程差来确定主应力。
一束自然光通过起偏镜后，会产生平面偏振光。
它垂直透射一个受载荷的平面模型时，沿着模型的一点的两个主应力
和
的方向分
解成两束速度不同的平面偏振光，它们通过模型后，产生一个相对光程差⊿。
实验表明，模型的主应力和与光程差⊿之间的关系如下：即。
（式中为等差线（又称等
色线）条纹级数；为光弹性材料条纹值；δ为光弹性模型的厚度；λ为光源的波长；
为
应力光学常数。
）
根据光弹理论，在正交圆偏振光场暗场下得到整数级的等差条纹，在平行圆偏振光场明场下得到半数级等差条纹图。
正交圆偏振光场下采用白光光源，可得到彩色条纹并确定条纹级数，黄—红—蓝—绿指示着光程差即主应力差增加的方向，并以红蓝间的绀色作为整数条纹位置。
但因高级次彩色条纹不够清晰，故在描绘等差线图时可实用单色光源如钠光以提高测量精度。
而在平面偏振光场下，模型中凡主应力方向与偏振镜轴重合的点都将消光干涉形成黑条纹即等倾线，换句话说，同一条等倾线上个点的主应力方向相同。
俩偏振轴垂直、水平正交时对应0o （90o ）等倾线，
专业： 日期： 地点： 课程名称： 现代固体实验技术
指导老师：
成绩：
实验名称：
实验五梁截面应力光弹测量
同组学生姓名学号： 令狐烈
此时线上个点主应力方向为0o（90o）方向。
如同步逆时针旋转偏振镜轴10 o，...即可得到相应10o（80o）...等倾线，或者主方向与基线夹角为10o（80o）...的点。
三、主要仪器设备（必填）
1、简易光弹性仪，偏振片；
图1.平行光式光弹性仪光路图
1—光源2、6—透镜3—起偏镜4—模型5—检偏镜
7—光屏8、9—四分之一波片
2、光弹试样：
圆盘直径D=32mm。
梁宽L=95 mm，高H=70 mm，框宽B=11 mm，倒角R=0.6 mm。
加载力臂1:10
3、液晶显示器；
4、数码相机等图像记录设备。
四、操作方法和实验步骤
1、显示器调节为纯白底色或者单色，将模型放置于LCD显示器前，加合适载荷，利用加装偏振片
的数码相机转动合适角度观察其变化，并拍摄相应的条纹图。
2、观察光弹仪各部分构造，了解其名称和作用。
3、平面偏振光场
（1）仅保留P，A，打开白光光源；
（2）单独旋转检偏镜，观察光场光强变化，并仔细调整直至得到暗场；
（3）安装试样并适当加载，观察等倾线和等差线的形成。
保持光场为正交平面偏振光场。
4、调节相机得到大小合适的清晰图像，此时为0o等倾线。
往光源方向看同步逆时针旋转PA，分别
拍摄各角度等倾线。
5、圆偏振光场
（1）在上面正交线偏光场下，加入Q1和Q2，且P和Q1夹角45，Q1和Q2正交，形成正交圆偏光暗场，此时等倾线消除。
（2）对模型逐级加载，直至出现4-5级条纹，观察等差线形成过程并分析特点，识别级次。
（3）单独旋转A 使成平行圆偏振光场明场，观察条纹变化。
（4）更换为单色光源，比较两种等差线的性态。
6、拍摄整数级和半数级条纹，并用白光彩色条纹识别，标注级次。
7、对径受压圆盘测量：
8、用有限元建立二维模型（圆盘/梁界面）并计算，输出主应力差等值云纹图，并与光弹结果对比。
五、实验数据记录和处理
1、平面偏振光白光暗场下得到的各角度等倾线图像如下：
2、圆偏振光场
（1）白光暗场下在不同加载情况得到的等差线图像并标注级次如下：
（2）白光明场下在不同加载情况得到的等差线图像并标注级次如下：
]
/[80mm N D
N F f π=
（3）单色光暗场下在不同加载情况得到的等差线图像并标注级次如下：
（4）单色光明场下在不同加载情况得到的等差线图像并标注级次如下：
3、光弹材料条纹值f 的计算
由单色光暗场和明场的等差线图像得出在等量加载过程中平均条纹级数变化为：
2/3N ∆=
将加载的等增量△P=4.903N ，圆盘直径D=32mm ，△N=2/3带入计算公式可得：
=0.586/88*4.903
*32*2/3N mm
P f D N ππ≈∆=
∆
4、特殊点的识别
发源点
奇点
5、有限元分析结果
6、将存在残余应力的模型放置于液晶显示屏前，通过偏振片观察得到的结果如下：
显示屏为绿色底色
显示屏为白色底色
七、讨论、心得
1、分析光弹性方法的优缺点。
优点：1.直接测量应力的大小和方向；
2.可显示全场应力分布，进行全场分析；
3.可测内部应力；
4.可测三向应力。
缺点：1.很少可以进行实物测量，需要依据相似理论建立模型进行试验才能将实验结果应用于实物；
2.灵敏度高，对操作精度要求高。
2、讨论等倾线不易准确测定的主要原因。
1.等倾线和等差线的相互干扰；
2.主应力方向变化不大的区域等倾线成片出现，难以确定其准确的位置；
3.如果模型内存在初应力，即使很小，也将干扰等倾线的变化趋势。
3、Q1和Q2各自的作用是什么？如将两者快轴重合放置，最终出射光的光强表达式？此时暗条纹性质是什么？
Q1使起偏器后的平面偏振光变为圆偏振光，Q2使起偏器后的圆偏振光变为平面偏振光，两块重叠产生 的相位差。
4、简述白光圆偏振光场下消光规律识别等差线条纹级次的机理。
白光做光源时，由于只有一种波长，通过模型后，等差线变为一系列的彩色条纹。
黄—红—蓝—绿指示着光程差即主应力差增加的方向，并以红蓝间的绀色作为整数条纹位置。
5、等差线图上如果没有0级条纹，应如何确定条纹级次？
连续加载法：首先在模型中选择一点作为计数的基点，该点的条纹序数由对模型连续加载（从0到给定值）过程中变暗的次数来确定。
基点的条纹序数确定后，便可按照常见的方法确定其它的条纹序数。