光弹性实验

全息光弹性法

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。

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工程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。对于断裂力学、岩石力学、生物力学、粘弹性理论、复合材料力学等，也可用光弹性法验证其所提出的新理论、新假设的合理性和有效性，为发展新理论提供科学依据。

光弹性实验

一、 实验目的

1. 了解光弹仪各部分的名称和作用，掌握光弹性仪的使用方法。

2. 观察光弹性摸型受力后在偏振光场中的光效应，并了解光弹性方法的基本原理。

3. 学会绘制等差线图，确定等差线条纹级数（整级数、半级数）。

4. 学会测量材料条纹值f的方法。

二、 实验设备

WZD—Ⅲ型光测弹性仪是进行光弹性实验的基本设备，光弹仪由下列部件组成

1. 光源S（白光灯）。

2. 隔热玻璃G（起隔热保护其他光学原件的作用）。

3. 聚光镜L

4. 可变光栅F，（用以改变入射光的光准镜角）。

5. 准直镜L1,（使光线变为平行光）。

6. 起偏镜P与检查镜A.(使自然光变成片振光，称为偏振片)，靠近光源的一块称为起偏镜，习惯上叫P片。后面的一片称为检偏镜，叫A片。偏振片有一条光轴，对光矢量起着“通过”和“阻挡”的作用。当光矢量平行光轴时，光线可完全通过，而垂直于光轴时，光线被全部阻挡。若光矢量与光轴斜交，则只有平行与的分量才能通过，所以P片把来自光源的光变为平面偏振光，而A片用来检验光波通过的情况。当两偏振镜轴互相垂直放置时（称为正交平面偏振布置图4—2，形成暗场，通过调整一偏振镜轴为竖直方向，另一为水平方向。当两偏振镜轴及相平行放置时（称为平行平面偏振布置）则呈亮场。两偏振镜有同步回转机构，能使其偏振轴同步旋转。

7. 四分之一波片Qp和Qa,它的作用是把平面偏振光变成圆偏振光.因为1/4波片有一对垂直光轴,波光沿一条光轴传播的速度比另一条光轴快1/4波长,即π/2相位.传播速度快的称快轴.将两块1/4波片的快慢轴置于相互垂直,置于P片和A片之间，使1/4波片的快轴与P片的光轴成45°，这样由P片射出的平面偏振光到达1/4波偏时，将沿快、慢轴分解成两束光，出1/4波片后产生л/2相位差，合成后就变成圆偏振光。

8. 加载架M，（使模型受力）。

9. 视场镜L2(透镜，使平行光聚焦)。

10. 照相机或投影屏幕E

三、实验原理和方法

光弹性实验是一种用光学方法测量受力摸型上各点应力状态的实验应力分析方法。它是采用具有双折射性能的透明材料，制作与实际构件形状相似的模型，并在模型上施加与实际构件形状相似的外力，把承载的模型置于偏振光场中，可观察到一些与模型上各点应力状态有关的条纹，这些条纹可用来确定模型各点的应力。由于简单构件在拉伸、压缩、扭转和弯曲变形下，其应力分布与材料的弹性常数E和μ无关，因此实际构件中的应力可以运用相似原理，由模型的应力换算出来。根据光的波动理论，由光源发出的光经过偏振片P成为平面偏振光，它通过在应力作用下，用具有光敏性材料制成的模型后，产生双折射，使光沿着两个主应力方向分解为两个折射路、率不同的平面偏振光，其传播速度不同，产生光程差δ当检偏镜A的震动轴与起偏镜P震动轴正交时，这样光通过A镜后，就变成了与A镜震动轴平行的平面震动波，并产生光干涉现象。