光弹性实验

第二部分：实验设备


1、408-1型光测弹性仪。
2、光弹性模型，如梁、圆盘、 圆环等。

（观看光弹演示录像片）
光弾仪的组成
第三部分：实验原理



基本概念： 平面偏振光：光波在垂直于传播方向的平面内，只在 某一方向振动，并且光波沿传播方向所有点的振动均 在一个平面 偏振片：可以使天然光变成偏振光的光学元件叫偏振 片(polarizer ） 1/4波片：使产生的光程差为1/4个波长的波片； 产生圆偏振光的条件：有两束振动平面互相垂直的平 面偏振光。它们要有相同的频率，相等的振幅，相位 差为π/2。
第五部分：注意事项及要求 cautions



简述仪器调整过程，明确正交平面偏振光 场和圆偏振光场的布置和条纹特点。 简述不同偏振光场和不同光源下，所观察 到的模型中等差线条纹的特点。 光测弹性仪上的镜片部分切勿用手触摸。 加载时切勿使模型弹出，以免损坏光学元 件。
Part VI
questions
The experiment 3-4 photoelasticity
Center for Experimental Teaching of Mechanics 2011-05
光测原理及测试方法

光弹性测试方法是一种应用光学原理的 应力测试方法。它是使用双折射透明材 料模型模拟实际构件受力，在偏振光场 中产生干涉条纹，通过条纹分析获得模 型应力场，再根据相似理论可换算求得 构件中的真实应力场。
应力光学定律
Ct ( 1 2 )


为光程差
C 为应力光学系数，与材料和光源 波长有关 T 为模型厚度

如何区分等倾线和等差线方法1--在平面偏振光场中（单色光源），
等倾线和等差线都是黑色的，改变 载荷则等差线移动；同步旋转起偏 镜和检偏镜，则等倾线移动。在平 面偏振光场中（白光光源），等倾 线是黑色的；等差线零级条纹为黑 色，其他为彩色的。
三点弯梁在平面偏振广场中的光效应
起偏镜和分析镜同步旋转
对径受压圆环在平面偏振广场中的光效应 起偏镜和分析镜同步旋转
例子：应力集中系数的确定
最大边界应力： max Nhomakorabeamaxnmax f d
应力集中系数：
k max f n max / d f n max b P 0 P
方法2-
--在圆偏振光场中，消除了 等倾线，只有等差线。 光波互相干涉的条件：同频 率、同方向和恒定的光程差。

三点弯梁在平面偏振广场中的光效应
起偏镜和分析镜同步旋转
对径受压圆环在平面偏振广场中的光效应 起偏镜和分析镜同步旋转
例子：应力集中系数的确定
最大边界应力：
max
max
1. 什么是偏振光？什么是圆偏振光？ 2．什么是双折射？什么是人工双折射？ 3，光弹偏振光场如何布置？（画图表示） 4，什么是等倾线？什么是等差线？ 5，什么是亮场？什么是暗场？ 6， 怎么区分等倾线和等差线？
开启白光电源，去掉1/4波片，单独旋转检 偏镜，观察平面光场的变化情况，正确布 置正交平面偏振光场，放入圆盘(或其它光 学模型)加载荷，同步旋转两偏振镜的偏振 轴，观察等倾线变化及特点，尤其要注意 圆盘边界处等倾线角度值。 把光路调至正交圆偏振光场。此时等倾线 被消除，逐级加载观察等差线的变化情况。




把光路调至平行圆偏振光场（即两个偏振 片的偏振轴平行），观察等差线图案变化 情况（此时所看到的只是半数级等差线条 纹） 把白光光源换成单色光源（即钠光），重 复前面步骤和观察内容。 取下圆盘模型，换上其它模型，观察等差 线的特点及变化情况。 关闭电源，卸掉载荷取下模型，清理仪器、 模型及有关元件。
nmax f d
应力集中系数：
k max f n max / d f n max b P 0 P
bd
P－拉伸轴向力
d－板厚
b－板宽
有中心圆孔的平面应力集中问题
光弹性模型
第四部分：实验方法和步骤
Steps for experiment

观看光测弹性仪各部分，了解其名称和作 用。
平面偏振光场：

由两个偏振片和一个光源组成的 光场为平面偏振光场。（两偏振 片互相平行时为亮场、垂直时为 暗场）（加上1/4波片就成为圆 偏振光场）
Two glossary (jargon)
等差线（或等色线）：主 应力差相等的点的连线。 等倾线：主应力的方向与 偏振轴方向一致的点的连 线。

bd
P－拉伸轴向力
d－板厚
b－板宽
有中心圆孔的平面应力集中问题
光弹性模型
第一部分：实验目的和内容



1、了解光测弹性仪各部分名称和作用，初 步掌握光测弹性仪的使用方法。 2、观察光测弹性模型受力后在偏振光场中 的光学效应。加深对典型零件模型受力后 全场应力分布情况的了解。 3、学会判断等差线图案中的条纹级数及进 行简单应力分析的基本方法。