光测力学实验报告

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1、光测力学实验教学 实 验 报 告 卓力特光电仪器（苏州）有限公司 卓力特光电仪器（苏州）有限公司 2009 年 5 月 2009 年 5 月 目目 录录 实验一 光弹性测量应力集中系数、验证圣维南原理 实验二 电子散斑干涉测量三点弯曲梁的挠曲线 实验三 双光束电子散斑干涉仪测量悬臂梁应力分布 实验四 电子剪切散斑干涉测量三点弯曲梁截面转角 实验五 利用数字图像相关测量技术验证位移互等定理 实验六 栅线投影法测量悬臂梁大变形 实验一实验一 光弹性测量应力集中系数、验证圣维南原理光弹性测量应力集中系数、验证圣维南原理 （一）应力集中系数的测定（一）应力集中系数的测定 一、实验目的： 通过光弹性测试

2、，掌握拉伸板孔边应力集中系数的测定方法。 二、实验仪器和模型： l、光弹性测试系统； 2、带孔拉伸试件及加载装置。 三、实验步聚： 1、量测试件尺寸，并记录之。开单色光光源。调圆偏振光暗场和加载架的平衡。拉伸试件采用销钉加载。加初载调节试件及销钉，使等色线图案对称，为真正轴向拉伸载荷。 2、逐级加载，仔细观察轴向拉伸区、孔边应力集中区、外边界上等差线级数及整个图案的变化规律，特别注意孔边上奇点的位置，直至孔边应力集中区出现 5 级左右条纹。记下实验温度及载荷的数值。 3、加载后，待 3 分钟后开始测试。 4、改用平面偏振光暗场，用白光光源，描绘等倾线，特别注意孔边等倾线分布情况。 5、用钉压法

3、确定边界应力符号。 四、实验数据及处理 试件的横截面尺寸 h mm，b mm； 实验温度 ，光源 ，材料 f0 ，载荷 。 测点 1 2 3 4 5 6 7 8 条纹级数n tfn0 21= 计算各测点模型应力值，并绘制孔边、外边界的应力分布曲线。(注意应力量正负)。 P P b （二）验证圣维南原理（二）验证圣维南原理 一、实验目的： 通过观察光弹条纹，直观体验圣维南原理。 二、实验仪器和模型： LED 光源、偏振片、1/4 波片、CCD、图像卡、微型电子计算机。 三、实验步聚： 1、 按图示光路布置光学元件； 2、 开启光源，观察白色光，单色光； 3、 调节镜头，使 CCD 清晰成像； 4

4、、 放上偏振片 P1和 P2，调节成平面偏振光暗场； 5、 加入 1/4 波片，分别与偏振片 P1 光轴成45，使之成圆偏振光暗场； 6、 局部加载试件，观察局部荷载对整个试件的影响范围，证明圣维南原理。 注：光源、偏振片、1/4 波片、CCD 中心必须放置于光场中心轴线上。 四、实验数据及处理 试件尺寸 h mm，b mm，l mm。 根据测试图像，计算局部载荷的影响范围，填于下表。 加载位置 （mm） 影响范围 （mm） 理论影响范围（mm） 附： 圣维南原理：力作用于杆端方式的不同，只会使与杆端距离不大于杆的横向尺寸的范围内受到影响。 计算拉伸板孔边应力集中系数k。 Hkmax= =tf

5、n0max max= = ()()tdbPH= ()() Pdbfnk=0max 其中max，最大正应力； H：名义正应力； nmax：应力集中点等差线条纹级次； h：模型宽度(厘米)；P：载荷值(公斤)； b：模型厚度(厘米)； d：模型中孔的直径(厘米)； f0：材料条纹值(公斤厘米级) 实验二实验二 电子散斑干涉测量三点弯曲梁的挠曲线电子散斑干涉测量三点弯曲梁的挠曲线 一、实验目的： 利用电子散斑干涉测量技术，观测三点弯曲梁的挠度分布，测定其各点挠度并绘制挠曲线。 二、实验仪器和模型： 1、电子散斑干涉仪，图像卡，微型电子计算机。 2、三点弯曲梁试件及加载附件。 三、实验步聚： 1、按图

6、示方案布置好光路； 2、开启电源，打开电脑，打开图像采集软件； 3、 用均匀的白光作为光源照射在被测物表面， 在计算机中观察并同时调节镜头物距，使CCD清晰成像； 方棱镜 摄像头 矩形反射镜 激光 试件 参考物 2、关闭白光光源，打开激光器光源，使激光均匀打在被测物表面； 3、采用图像采集软件采集图像，具体步骤： (1) 连接图像卡，进入 ESPI 方式； (2) 点击 GRAB，抓取第一幅图像； (3) 给试件加载； (4) 点击 SBTRACT，进行实时相减； (5) 点击 STOP，获取干涉图像并存于计算机。 四、实验数据及处理 梁试件的横截面尺寸 h mm，b mm， 镜头到试件间的垂

7、直距离 mm。 根据测试图像，识别条纹级数，给出等间隔点相应挠度，填于下表。 坐标(mm) 条纹级数 挠度 理论值 误差 附：三点弯曲梁的挠曲线公式： ()224348xlEIFxw= 其中：l 为梁的跨长。 五、绘制挠曲线分布图(理论和实验的挠曲线分布图画在同一图上)。 实验三实验三 双光束电子散斑干涉仪观察悬臂梁侧表面的等位移线双光束电子散斑干涉仪观察悬臂梁侧表面的等位移线 一、实验目的： 通过电子散斑干涉，观测纯弯梁侧表面的变形分布，包括对称性，中性线等。 二、实验仪器和模型： 1、电子散斑干涉仪，图像卡，微型电子计算机。 2、纯弯梁试件及加载附件。 三、实验步聚： 1、按图示方案布置好

8、光路； 2、开启电源，打开电脑，打开图像采集软件； 3、用均匀的白光作为光源照射在被测物表面，在计算机中观察并同时调节镜头物距，使CCD清晰成像； 摄像头摄像头 光学平台光学平台 单纵模固体激光器单纵模固体激光器 悬臂梁加载装置悬臂梁加载装置 4、关闭白光光源，打开激光器光源，使激光均匀打在被测物表面； 5、采用图像采集软件采集图像，具体步骤： (1) 连接图像卡，进入 ESPI 方式； (2) 点击 GRAB，抓取第一幅图像； (3) 给试件加载； (4) 点击 SBTRACT，进行实时相减； (5) 点击 STOP，获取干涉图像并存于计算机。 四、实验数据及处理 梁试件的横截面尺寸 h m

9、m，b mm， 镜头到试件间的垂直距离 mm。 根据实验图像，分析纯弯梁侧面位移分布规律。 实验四实验四 剪切电子散斑干涉测量三点弯曲梁截面转角剪切电子散斑干涉测量三点弯曲梁截面转角 一、实验目的： 通过挠曲线的导数场，观察三点弯曲梁上各点的转角变化。 二、实验仪器和模型： l、剪切散斑干涉仪、微型电子计算机、图像卡和操作软件。 2、悬臂梁测试试件及加载装置。 三、实验步骤 1、按图示方案布置光路； 2、将被测物放在仪器正前方，被测物中心线与仪器成像光路中心线一致；将 CCD与电脑连接； 3、开启电源，打开电脑，打开图像采集软件； 4、用均匀的白光作为光源照射在被测物表面，在计算机中观察并同时

10、调节镜头物距使CCD清晰成像； 5、关闭白光光源，打开激光器电源使得其出光。调节扩束镜，使光均匀扩散在试件表面。 6、采用图像采集软件采集图像，具体步骤如下： D X Z L CCD 摄像头 S PUUo B M2 M1 (1) 连接图像卡，进入 ESSPI 方式； (2) 调节剪切镜，至图像产生水平错位； (3) 点击 GRAB，抓取第一幅图像； (4) 在圆试件中心加上离面位移（w 方向） ； (5) 点击 SBTRACT，进行实时相减； (6) 点击 STOP，获取 xw 离面位移导数图像，将图像存入计算机。 四、实验数据及处理 梁试件的横截面尺寸 h mm，b mm， 镜头到试件间的垂

11、直距离 mm。 根据测试图像，识别条纹级数，给出等间隔点相应的 xw 值，填于下表。 坐标 条纹级数 xw 理论值 误差 附：三点弯曲梁的转角公式： ()22416xlEIF xw=其中：l 为梁的跨长。 五、绘制转角分布图(理论和实验的分布曲线画在同一图上)。 实验五实验五 利用数字图像相关测量技术验证位移互等定理利用数字图像相关测量技术验证位移互等定理 一、实验目的： 通过测量不同的载荷作用点所对应的节点位移， 验证功的互等定理 (位移互等定理)。 二、实验仪器和模型： 1、二维数字图像相关系统； 2、悬臂梁模型及加载装置。 三、实验原理： 对图示的悬臂梁在 A 点加载荷 F，测出 B 点

12、的挠度 fB。再在 B 点施加同样大小的载荷 F，测出 A 点挠度 fA。根据所测的 fB和 fA，验证是否符合位移互等定理。 四、实验步骤： 1、在试件上确定 A、B 两点的位置 (试件上已标出刻度)； 2、按图示布置测试光路，开启电源，打开电脑，打开图像采集软件； 3、 用均匀的白光作为光源照射在被测物表面， 在计算机中观察并同时调节镜头物距，使CCD清晰成像； 4、在 A 处加载力 F，由 CCD 采集一幅图像 fig1 并存入电脑； 5、在 B 处加载同样大小的力 F，由 CCD 采集一幅图像 fig2 并存入电脑； 6、比较 fB和 fA，验证位移互等定理。 五、实验数据及处理 梁试

13、件的横截面尺寸 h mm，b mm，惯性矩 I mm4； OA mm，OB mm。 根据测试图像，计算相应点挠度，填于下表。 A 处 加 载 次 fB0(mm) fB(mm) fB0- fB(mm)B 处加载次 fA0(mm)fA(mm) fA0- fA(mm)1 1 2 2 3 3 平均 平均 实验六实验六 投影云纹法测量悬臂梁大变形投影云纹法测量悬臂梁大变形 一、实验目的： 通过投影云纹法，观测三点弯曲梁的挠度分布，测定其各点挠度并绘制挠曲线。 二、实验仪器和模型： 1、投影仪，CCD，图像卡，微型电子计算机。 2、三点弯曲梁试件及加载附件。 三、实验原理： 实验装置如图 1 所示。将一投

14、影栅投向物体表面，由 CCD 获取受物体高度调制的变形栅的灰度分布图。若投出的是正弦光栅，则条纹图光强分布可由下式表示： )y,x(xf2cos()y,x(b)y,x(a)y,x(I0+=其中：a(x, y)、b(x, y)分别表示系统背景光强和条纹对比度。f0=1/p0为载波频率。 (x, y)为相位调制函数，包含有物体高度信息，当光栅投影到参考面上时， (x, y)0，位相沿x 方向成线性分布。将相移量2i/N，i=0,1N-1 引入式(1)。则可得到 N 个联立方程，由此解出： = NnnNnn)N/ncos()y,x(I)N/nsin()y,x(I arctan)y,x(1122 其中：N3。 ()() ()() dfLt , y, x dft , y, xLt , y, xt , y, xh0022 +=图 1 测量光路图 三、实验步骤： 1、按图 1 示布置光路； 2、开启电源，打开电脑，打开图像采集软件； 3、 用均匀的白光作为光源照射在被测物表面， 在计算机中观察并同时调节镜头物距，使CCD清晰成像； 4、采集第零幅图像 img0； 5、给投影光栅/4 相移，采集第一幅图像 img1； 6、重复步骤 5，依次采集二、三幅图像 img2、img3； 7、计算梁变形后形貌。 四、实验数据及处理 梁试件的横截面尺寸 h mm，b mm，l mm