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1、沖尸丿弟实验报告日期:地点：课程名称：现代固体实验技术指导老师： 成绩： 实验名称：实验五梁截面应力光弹测量同组学生姓名学号：令狐烈一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求（必填）1、了解光弹仪的构造并掌握其基本的使用方法；2、观察人工双折射材料制作的受力模型在特定偏振光场中的光学效应；3、掌握绘制和识别等色线（等差线）、等倾线的方法，观察各种特征点的表现形式；4、掌握材料条纹值f的测量方法；5、掌握光弹性方法判断压力分布规律的基本原理；6、掌握应力集中系数
2、计算、应力强度因子计算的试验方法；7、掌握剪应力差法计算任一界面的应力分量的方法。二、实验内容和原理（必填）光弹性应力分析曾经是复杂结构应力分析的重要方法。在有限元方法高度发展的背景下，光弹性方法 测试应力分布的手段已经逐渐淡化，但是对于研究应力分布规律还是具有独特的魅力。其特点为：可以直 接测量应力的大小和方向；可显示全场应力分布，进行全场分析可测内部应力及其3向应力场。在偏振光场中，各向同性的光弹性模型在载荷作用下会产生暂时双折射效应，其主折射率和主应力有 关，主折射率又可由相应的光程差来确定，因此可用光程差来确定主应力。一束自然光通过起偏镜后，会 产生平面偏振光。它垂直透射一个受载荷的平
3、面模型时，沿着模型的一点的两个主应力门和亡的方向分 解成两束速度不同的平面偏振光，它们通过模型后，产生一个相对光程差/。实验表明，模型的主应力和_ AfA仃I ，一 Afr _J 02 N =与光程差/之间的关系如下：即 八。（式中为等差线（又称等色线）条纹级数；I 一匸为光弹性材料条纹值；6为光弹性模型的厚度；入为光源的波长；门-匸为应力光学常数。）根据光弹理论，在正交圆偏振光场暗场下得到整数级的等差条纹，在平行圆偏振光场明场下得到半数 级等差条纹图。正交圆偏振光场下采用白光光源，可得到彩色条纹并确定条纹级数，黄一红一蓝一绿指示 着光程差即主应力差增加的方向，并以红蓝间的绀色作为整数条纹位置
4、。但因高级次彩色条纹不够清晰， 故在描绘等差线图时可实用单色光源如钠光以提高测量精度。而在平面偏振光场下，模型中凡主应力方向与偏振镜轴重合的点都将消光干涉形成黑条纹即等倾线， 换句话说，同一条等倾线上个点的主应力方向相同。俩偏振轴垂直、水平正交时对应0。（90。）等倾线，此时线上个点主应力方向为0。（90。）方向。如同步逆时针旋转偏振镜轴10 o,.即可得到相应10。（80。）. 等倾线，或者主方向与基线夹角为10。（80。）的点。三、主要仪器设备（必填）1、简易光弹性仪，偏振片；图1平行光式光弹性仪光路图1光源2、6透镜3起偏镜4模型5检偏镜7光屏8、9四分之一波片團2,光源图玄试样国4.起
5、偏镜与检偏镜图三1冋玻片2、光弹试样：圆盘直径D=32mm。梁宽L=95 mm,高H=70 mm,框宽B=11 mm,倒角R=0.6 mm。加载力臂1:103、液晶显示器；4、数码相机等图像记录设备。四、操作方法和实验步骤1、显示器调节为纯白底色或者单色，将模型放置于LCD显示器前，加合适载荷，利用加装偏振片 的数码相机转动合适角度观察其变化，并拍摄相应的条纹图。2、观察光弹仪各部分构造，了解其名称和作用。3、平面偏振光场（1）仅保留P，A,打开白光光源；（2）单独旋转检偏镜，观察光场光强变化，并仔细调整直至得到暗场；（3）安装试样并适当加载，观察等倾线和等差线的形成。保持光场为正交平面偏振光
6、场。4、调节相机得到大小合适的清晰图像，此时为0o等倾线。往光源方向看同步逆时针旋转PA,分别 拍摄各角度等倾线。5、圆偏振光场（1）在上面正交线偏光场下，加入Q和Q,且P和Q夹角45, Q|和Q正交，形成正交圆偏光暗场， 此时等倾线消除。（2）对模型逐级加载，直至出现4-5级条纹，观察等差线形成过程并分析特点，识别级次。(3) 单独旋转A使成平行圆偏振光场明场，观察条纹变化。(4) 更换为单色光源，比较两种等差线的性态。6、拍摄整数级和半数级条纹，并用白光彩色条纹识别，标注级次。7、对径受压圆盘测量：仝 8Ff = N / mmN兀D08、用有限元建立二维模型(圆盘/梁界面)并计算，输出主应
7、力差等值云纹图，并与光弹结果对比。五、实验数据记录和处理1、平面偏振光白光暗场下得到的各角度等倾线图像如下:1030斗902、圆偏振光场(1)白光暗场下在不同加载情况得到的等差线图像并标注级次如下:05kg1 Dkg1.5kg(2)白光明场下在不同加载情况得到的等差线图像并标注级次如下:2 0kg0.5kg1-Okg1.5kq2.3kg(3)单色光暗场下在不同加载情况得到的等差线图像并标注级次如下:加载1趣加载遊加载0.5kg加载kg(4) 单色光明场下在不同加载情况得到的等差线图像并标注级次如下:加加裁】k吕加载1砲加载2kg3、光弹材料条纹值f的计算由单色光暗场和明场的等差线图像得出在等量
8、加载过程中平均条纹级数变化为:5N = 2/3将加载的等增量厶P=4.903N,圆盘直径D=32mm,AN=2/3带入计算公式可得:8AP兀DAN8*4.903兀 *32*2/3沁 0.586N / mm4、特殊点的识别5、有限元分析结果6、将存在残余应力的模型放置于液晶显示屏前，通过偏振片观察得到的结果如下:显示屏为绿色底色显示屏为白色底色七、讨论、心得1、分析光弹性方法的优缺点。优点：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；3可测内部应力；4可测三向应力。缺点：1.很少可以进行实物测量，需要依据相似理论建立模型进行试验才能将实验结果应用于实物;2灵敏度咼，对操作精
9、度要求咼。2、讨论等倾线不易准确测定的主要原因。1等倾线和等差线的相互干扰；2主应力方向变化不大的区域等倾线成片出现，难以确定其准确的位置；3如果模型内存在初应力，即使很小，也将干扰等倾线的变化趋势。3、Q1和Q2各自的作用是什么？如将两者快轴重合放置，最终出射光的光强表达式？此时暗条纹性质是 什么？Q1使起偏器后的平面偏振光变为圆偏振光，Q2使起偏器后的圆偏振光变为平面偏振光，两块重叠产生 的相位差。4、简述白光圆偏振光场下消光规律识别等差线条纹级次的机理。白光做光源时，由于只有一种波长，通过模型后，等差线变为一系列的彩色条纹。黄一红一蓝一绿指示着 光程差即主应力差增加的方向，并以红蓝间的绀色作为整数条纹位置。5、等差线图上如果没有0级条纹，应如何确定条纹级次？连续加载法：首先在模型中选择一点作为计数的基点,该点的条纹序数由对模型连续加载（从0到给定值） 过程中变暗的次数来确定。基点的条纹序数确定后，便可按照常见的方法确定其它的条纹序数。
