工程力学C.ppt
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1、工程力学(C),北京理工大学理学院力学系 韩斌,( 33),(下册),18 实验应力分析,18.8 光弹性实验方法,1.光弹性实验的物理基础,某些高分子材料(环氧树脂、聚碳酸脂等)具有暂时双折射效应 ,制成与实物形状和尺寸几何相似的模型,并且给模型施加与实物相似的载荷,在特定的偏振光场中观察,模型中出现与应力有关的干涉条纹。依照光弹性原理,可以算出模型内各点的应力大小和方向,实物的应力可依据相似理论换算得到。,光弹性实验利用光的波动性(偏振、双折射、干涉、衍射等)进行应力测量的实验方法。,光弹性实验原理:,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
2、;,3.可测内部应力;,4.可测三向应力。,18.9 光学基本知识,1.光的波动理论,光是一种电磁波,其振动方向与传播方向垂直,用正弦波描述为:, :波长 (单位:(埃),1=10-9 mm), :光程,(18.6),2.自然光与偏振光,自然光日常光源(如日光,灯光等)所发出的光由无数个互不相干的波组成,垂直于光传播方向的平面内,光振幅矢量方向杂乱无章。,偏振光垂直于光传播方向的平面内,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),产生方法:,偏振片+1/4波片,椭圆偏振光,圆偏振光,3.双折射,(1)光
3、学各向同性 :若光不论从哪一个方向入射,都具有相同的折射率。,(2)双折射 :普通光入射光学各向异性晶体时,分解成为振幅方向正交的两束偏振光,反之,称为光学各向异性。,永久双折射材料石英、方解石,暂时(或人工)双折射材料受机械作用使之产生双折射现象,卸载后恢复光学各向同性(如环氧树脂、聚碳酸脂等)。,光测应力的基础,4.平面应力-光弹性定律,平面应力状态模型偏振光垂直入射,(1)该偏振光将沿主应力方向分解为两束偏振光,(2)两束偏振光在模型内的传播方向相同,传播速度不同,,通过模型后这两束偏振光之间将产生光程差:,C:模型材料的应力光学常数,仅与材料有关; h:模型厚度; :偏振光入射点处平面
4、应力状态的两个主应力。,(18.7),18.10 光弹性实验装置,1.平面偏振光场,主要构成:光源(白光、单色光),偏振片,1/4波片,亮场,暗场,实验用,设通过起偏镜的平面偏振光矢量,通过模型后双折射为两束偏振光:,到检偏镜时,在A轴上的分量:,检偏镜后的合成光为:,合成光的振幅为:,(18.8),合成光的光强,(18.9),2.干涉条纹的分析等倾线与等差线,当sin2=0时,I= 0 暗点 即暗点处=0或=/2, 表示该点的主应力方向与P轴(或A轴)重合。,(1)等倾线,由于模型中应力分布的连续性,所观察到的是连续分布的暗条纹,称为等倾线。显然,等倾线上各点的主应力方向均相同,都为偏振轴方
5、向。,保持两偏振片P轴垂直于A轴,同步转动P、A镜,每隔10记下一组等倾线可得到记录各点主应力方向,对径受压圆盘的等倾线,(2)等差线,令 称为材料条纹值,则有:,当入射光波长,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。,将 代入应力光学定律,(18.10),当 时 I = 0,对径受压圆盘在单色光 源(钠光灯5230)下的 等差线。,对径受压圆盘在白色光 源下的等差线。,等倾线条纹上各点的主应力方向都相同,都与P,A轴重合,但等倾线条纹位置与光波波长无关。,等倾线和等差线的特点
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