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。
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。
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？
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。


Hale Waihona Puke Baidu

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。
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
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。

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
nmax f d
应力集中系数：
k max f n max / d f n max b P 0 P
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。
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。
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
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。