固体力学实验复习

光弹性原理(Photoelasity) 光弹性原理(Photoelasity)
5. 出射光强: 设起偏器轴沿x轴方向，σ1与x轴夹角θ。 平面偏振光路
光弹性原理(Photoelasity) 光弹性原理(Photoelasity)
: 条纹方程
等差线
: 暗场暗条纹方程
nλ σ1 − σ 2 = cd
•暂时双折射：模型受力后，平面偏振光通过 暂时双折射：模型受力后，
此模型时， 此模型时，沿两主应力方向分解为两支平 面偏振光，传播速不同， 生光程差。 面偏振光，传播速不同，产 生光程差。
• 平面应力光定律： 平面应力光定律：
δ = Cd (σ 1 − σ 2 )
C —— 光学系数 d —— 模型厚度。 模型厚度。 某点的主应力差。 （σ1-σ2）—— 某点的主应力差。 应力应力-光性定律描述了受力模型出射 两束平面偏振光的光程差或相位差与主 应力的关系，是光弹性法的理论基础。 应力的关系，是光弹性法的理论基础。
λ
sin2θ=0， sin2θ=0， θ= 0，π/2，消光，黑色条纹。 0， 消光，黑色条纹。 θ —— 模型上某点主应力 σ 1 同检偏镜偏 ——模型上某点主应力 模型上某点主应力σ 振轴夹角。 振轴夹角。
•等倾线——与主应力方向有关
（模型上 θ相等的线）
•同步旋转偏振镜，得到不同θ(0°,5°,10°)等倾线。 同步旋转偏振镜，得到不同θ(0°,5°,10° 等倾线。 同步旋转偏振镜
4.试述基本单位和导出单位的基本概念。 4.试述基本单位和导出单位的基本概念。 5.什么是量纲，有量量纲，无量量纲？ 5.什么是量纲，有量量纲，无量量纲？ 6.什么是定律？ 6.什么是定律？ 7.什么是相似现象和相似系数？在什么条件下才可 7.什么是相似现象和相似系数？在什么条件下才可 以说两现象是相似的？ 8.什么是准确值、近似值与误差？偶然误差有何特 8.什么是准确值、近似值与误差？偶然误差有何特 点，遵循什么规律？ 9.正态分布的均值、精确度与方差是如何定义的， 9.正态分布的均值、精确度与方差是如何定义的， 它有何用途？ 10.简述最小二乘法及用它建立经验公式的步骤。 10.简述最小二乘法及用它建立经验公式的步骤。
λ
Cd (σ 1 − σ 2 )
光弹性原理(Photoelasity) 光弹性原理(Photoelasity)
4.光路: 平面偏振光路
P1//P2: 明场 P1⊥P2: 暗场
光弹性原理(Photoelasity) 光弹性原理(Photoelasity)
圆偏振光光路 :
a) 两偏振片的轴一致，两 四分之一波片的快轴与快轴重合 ,暗场； b) 两偏振片的轴一致，两 四分之一波片的快轴与慢轴重合 ,明场； c) 两偏振片的轴垂直，两 四分之一波片的快轴与慢轴重合 ,暗场; d) 两偏振片的轴垂直，两 四分之一波片的快轴与快轴重合 ,明场.
光弹性原理(Photoelasity) 光弹性原理(Photoelasity)
平面光弹性
1. 平面应力试件的暂时双折射效应
•不受力时试件呈现光学各向同性 •受力后试件呈现暂时光学各向异性 •卸载后试件再呈现光学各向同性
2.线偏光沿平面应力试件的法向入射
•入射光分解为二束正交线偏光； •二束线偏光分别沿二个主应力方向偏振； •二束线偏光的传播速度分别由主折射率n1、n2决定
13.使用补偿块方法进行温度补偿时，对补 13.使用补偿块方法进行温度补偿时，对补 偿块和补偿片有哪些要求？ 14.常用电阻应变片的电阻值为多少？灵敏 14.常用电阻应变片的电阻值为多少？灵敏 系数为多少？选择高阻值应变片测量有哪 些好处？ 15.电测中的零点漂移由哪些原因造成？怎 15.电测中的零点漂移由哪些原因造成？怎 样减少零点漂移造成的误差？
σ1 − σ 2 = n
( n = 0,1, 2⋯)
f c＝
fc , d
λ
C
称为等差材料条纹值
:
等倾线
σ1 轴与x 轴夹角 , 90 θ =0
光弹性原理(Photoelasity) 光弹性原理(Photoelasity)
圆偏振光光路:
光弹性原理(Photoelasity) 光弹性原理(Photoelasity)
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 模 型
¼
波 片
检 偏 镜
成 像 透 镜
屏 幕
暗场——起偏镜垂直于检偏镜。 暗场——起偏镜垂直于检偏镜。 明场——起偏镜平行于检偏镜。 起偏镜平行于检偏镜。 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°。 波片快慢轴成± ° 正交圆偏振光场 波片快慢轴成
a) 明场亮条纹或暗场暗条纹:
mλ σ1 − σ 2 = cd
b) 明场暗条纹或暗场亮条纹:
(m = 0, 1, 2 ⋯)
1 λ σ1 − σ 2 = n + 2 cd
(n = 0, 1, 2 ⋯)
光弹性原理(Photoelasity) 光弹性原理(Photoelasity)
实例
Photo.exe
电测法
1.简述电测法的基本原理及测试过程。 1.简述电测法的基本原理及测试过程。
2.什么是电阻应变片，它的工作原理是什么？ 2.什么是电阻应变片，它的工作原理是什么？ 4.简述应变片灵敏系数的标定原理与方法。 4.简述应变片灵敏系数的标定原理与方法。 5.简述应变片结构及其分类。 5.简述应变片结构及其分类。
n = 0，σ1-σ2=0，I=0；消光，黑色条纹 =0，I=0；消光， ，
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等差线只有零级是永远黑色条纹， 等差线只有零级是永远黑色条纹，其他非零级等 差线条纹都是彩色的，所以等差线也称等色线。 差线条纹都是彩色的，所以等差线也称等色线。
I=0, 消光
I = I 0 sin
2
2 θ ⋅ sin
2
Cd (σ 1 − σ 2 ) π
固体力学实验复习
实验应力分析基础
1.什么是实验力学，有何特点，与其他力学有 1.什么是实验力学，有何特点，与其他力学有 何区别和联系？ 2.实验应力分析的任务是什么，它可以解决哪 2.实验应力分析的任务是什么，它可以解决哪 些力学问题？ 3.举例说明测量物体变形和应力的基本装置？ 3.举例说明测量物体变形和应力的基本装置？
• 去掉 波片，平面偏振光场：等差线、 去掉1/4波片 平面偏振光场：等差线、 波片， 等倾线同时存在。 等倾线同时存在。
• 黑色条纹： 黑色条纹： 等倾线或0级等差线。 等倾线或 级等差线。 级等差线
区别： 区别：同步旋转分析镜
{ 不动：等差线 不动：
动：等倾线
叙述平面应力光性定律，解释公式中符号的 意义。如果用汞光作为光源，测定光弹性 模型上某点的等差条纹级次n=3，若改为钠 模型上某点的等差条纹级次n=3，若改为钠 光，在相同条件下此点的等差条纹级次n 光，在相同条件下此点的等差条纹级次n为 多少？
•自然光——普通光源发出的光。 自然光——普通光源发出的光。
• 偏振光——光矢量沿某一特定方向振动。 偏振光——光矢量沿某一特定方向振动 光矢量沿某一特定方向振动。
平面偏振光：光矢量只沿偏振轴方向振动。 平面偏振光：光矢量只沿偏振轴方向振动。 圆偏振光：光矢量顶点轨迹为一圆。 圆偏振光：光矢量顶点轨迹为一圆。
光经起偏镜后的光强： 光经起偏镜后的光强：
I = I 0 sin
2
2θ ⋅ sin
2
Cd (σ 1 − σ 2 ) π
λ
其中变量： 其中变量： θ──模型上任一点 与检偏镜偏振轴夹角。 模型上任一点σ θ──模型上任一点σ1与检偏镜偏振轴夹角。 模型上任一点应力差。 σ1-σ2 ——模型上任一点应力差。 模型上任一点应力差 时称为消光，形成黑色条纹。 当I=0 时称为消光，形成黑色条纹。
16.在应变测试中，怎样根据测点的应力状 16.在应变测试中，怎样根据测点的应力状 态选择应变片？
光测力学
写出光波的正弦表达式。理解公式中符号的 物理意义 在光波表达式中，速度、频率、周期、圆频 率及波长之间有何关系？ 写出位相差和光程差之间的关系。
什么叫人工双折射 什么是白光？什么叫单色光？ 什么叫自然光、平面偏振光、圆偏振光？
已知平面应力状态下某点的x向应力，y 已知平面应力状态下某点的x向应力，y向应 力，该点剪应力。求任意一个方向的正应 力和切应力。
什么是冻结应力？ 简述3 简述3维光测力学中的模型切片正射法基本原 理。
练习题
.名词解释 1)偏振光2)圆偏振光3)光轴4)光的双折射现象5)起偏镜6)检偏镜7)四分之一波片8)亮场与暗场 1)偏振光2)圆偏振光3)光轴4)光的双折射现象5)起偏镜6)检偏镜7)四分之一波片8)亮场与暗场 1.等差线与等倾线在明场和暗场中有何不同? 1.等差线与等倾线在明场和暗场中有何不同? 2.如何判断等差线级数？ 2.如何判断等差线级数？ 3.如何判断等倾线角度？ 3.如何判断等倾线角度？ 4.等差线为什么又叫等色线？ 4.等差线为什么又叫等色线？ 5.如何根据等色的颜色如何判别等差线的级数？ 5.如何根据等色的颜色如何判别等差线的级数？ 6.用什么样的偏振光投射光弹性试件时，屏幕上不出现等倾线，依据是什么？ 6.用什么样的偏振光投射光弹性试件时，屏幕上不出现等倾线，依据是什么？ 7.简述光弹性仪的组成及各部分的作用？ 7.简述光弹性仪的组成及各部分的作用？ 8.简述对光弹性材料的基本要求和光弹性模型的制作过程。 8.简述对光弹性材料的基本要求和光弹性模型的制作过程。 9.画出园偏振光暗场光路布置简图，标明每个光学元件的名称和作用。 9.画出园偏振光暗场光路布置简图，标明每个光学元件的名称和作用。 10.平面偏光暗场中，受力光弹性模型的光强表达式是什么？公式中每个符号代表什么？单 10.平面偏光暗场中，受力光弹性模型的光强表达式是什么？公式中每个符号代表什么？单 位是什么？ 11.什么是等差线？什么是等倾线？ 11.什么是等差线？什么是等倾线？ 12.写出平面光应力定律的表达式，说明其中每个符号的物理意义及单位。 12.写出平面光应力定律的表达式，说明其中每个符号的物理意义及单位。 13.面光弹性斜射法分离主应力的公式是什么？说明公式中每个符号的物理意义。 13.面光弹性斜射法分离主应力的公式是什么？说明公式中每个符号的物理意义。 14.欲浇注一块环氧树脂板材，试写一种所用的原料和配比及脱膜剂。 14.欲浇注一块环氧树脂板材，试写一种所用的原料和配比及脱膜剂。 15.试画出光弹性热－光曲线的一般表示图（n－t图）。说明热－光曲线三个阶段代表了什 15.试画出光弹性热－光曲线的一般表示图（n 么状态，冻结温度如何确定。
画出平面偏振光暗场装置图。如何调整得到 平面偏振光暗场？写出受力双折射平面模 型在平面偏振光暗场中的光强表达式，并 解释其干涉条纹的意义。 画出圆偏振光暗场装置图。如何调整得到圆 偏振光暗场和亮（明）场？写出受力双折 射平面模型在圆偏振光暗场和亮场中的光 强表达式，并解释其干涉条纹的意义。
如何区别等倾线和等差线？ 什么叫等倾线？等倾线在边界如何修正。大 致画出对径受压圆盘上半部分15、30、60度 致画出对径受压圆盘上半部分15、30、60度 3条等倾线。 什么是各向同性点？它有什么光学性质？
光弹性原理(Photoelasity) 光弹性原理(Photoelasity)
N1 − N 2 = C (σ 1 − σ 2 )
平面光弹性
( N1 − N 2 )d = Cd (σ 1 − σ 2 ) 2π
λ
( N1 − N 2 )d = 2π
2π
λ
Cd (σ 1 − σ 2 )
3.位相计算
ϕ1 − ϕ 2 =
什么叫等差线？对径受压圆盘等差线大致形 状。 简述非整数级等差线级次的测定方法。
如何确定边界应力的大小和符号？试表达对 角受压正方块边界的应力大小。试画出纯 弯梁上下表面在钉压后的等差线变化形态。
如何确定平面问题的内部应力状态？什么是 剪应力差法？
如何确定材料的条纹值？它与什么参数有关？
什么叫主应力迹线？
10.在用应变片进行构件的应变测量时，为 10.在用应变片进行构件的应变测量时，为 什么进行温度补偿，怎样进行补偿？
11.什么是应变花，在电测法中为什么要采 11.什么是应变花，在电测法中为什么要采 用应变花，有什么好处？
12.举出几种（最少4种）常用应变片的特点 12.举出几种（最少4 及用途？粘贴的步骤和要求
等差线与等倾线：
加1/4波片，圆偏振光场，消除等倾线，只有等差线 1/4波片 圆偏振光场，消除等倾线， 波片， 彩色条纹）。此时旋转分析镜90° ）。此时旋转分析镜 （彩色条纹）。此时旋转分析镜90°得到园偏振光明 背景最亮；半级次等差线为暗条纹。 场，背景最亮；半级次等差线为暗条纹。
等差线与等倾线： 等差线与等倾线：
I=0, 消光
Cd (σ1 −σ2 )π
I = I 0 sin
2
2 θ ⋅ sin
2
Cd (σ 1 − σ 2 ) π
λ
λ
nλ f = nπ 即： 1 −σ2 = = n = NF σ ct t
•等差线——主应力差相等的线。
白光
{ n = 1、2…，某种颜色被消光，彩色条纹 1、 ，某种颜色被消光，
6.什么是惠斯顿电桥?它是如何测量桥臂电 6.什么是惠斯顿电桥? 阻变化的？ 7.什么是双桥法，它的工作原理是什么？ 7.什么是双桥法，它的工作原理是什么？
8.应变仪通常由哪几部分组成，各部分的功 8.应变仪通常由哪几部分组成，各部分的功 能是什么，怎样选用应变仪？
9.什么是半桥接法，全桥接法？ 9.什么是半桥接法，全桥接法？