《光测实验指导》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光测实验指导（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验力学实验指导第二篇 光测部分）华南理工大学力学实验中心 编写2014 年 04 月注意事项1、光测力学实验中所用到的光源有激光、白光等，其中激光不能用眼睛直视，否 则对眼睛有伤害；不要用手触摸激光器电源正负二个极，否则很危险。2、实验过程中室内光线较暗，要注意地面上的电线插座以及头部高度的加载架， 以免受伤。3、光学仪器属精密仪器，价格昂贵，装配很精密，拆卸后很难复原，因此严禁私 自拆卸仪器。4、在使用和搬运过程中应谨慎小心，避免碰撞，使仪器保持清洁，各转动部分保 持灵活。5、实验前应熟悉仪器说明书内容、了解仪器的性能、结构特点和操作要领，实验 过程中要遵守操作规则。6、光学仪器的调节具有
2、一定的难度，需要细心和耐心，调整各部件用力要适当， 不要强旋、硬扳，防止滑丝。7、光学元件由光学玻璃经过精加工而制成，容易破碎，光学表面要求清洁，不能 有磨损，不能用手摸，不能随意擦拭。实验中，仪器应轻拿轻放，动作轻缓， 以免撞倒仪器及元件。8、实验中保持安静，并保持实验环境的清洁。实验完毕，应将仪器恢复原样，待 老师认可后，才能离开实验室。光学仪器、光学元件的保养和维护为了延长光学仪器的寿命，考虑到仪器经常使用后，势必会产生不同程度的 磨损和异常现象。因此，对仪器经常进行保养、维护及故障排除，对保持仪器原 有的精度起着决定性的作用。1、仪器内部灰尘需清理干净。大件的仪器（如光弹仪的偏振片、波
3、片、透镜等）， 使用完毕，一定要用罩子把仪器罩好，防止灰尘、潮气进入。小的仪器（如分 光计、镜头等）使用完毕，应放入电子干燥箱中。2、光学镜片表面长霉生雾的排除：用脱脂棉花蘸上蒸馏水轻轻在镜片上擦去，如 霉雾时间长，不易擦去，不镀膜的可用碳酸钙加少量的蒸馏水拌和蘸在脱脂棉 花上来回擦，后用 95%的乙醇脱脂，再用混合液清擦。混合液的调制：88%的乙 醚和 12%的乙醇（95%）混合而成。 镀膜的镜片不能用脱脂棉擦试，只能用橡皮 球吹试。3、手指印、油脂的排除：用脱脂棉花蘸上汽油揩擦，再用95%的乙醇脱脂，再用 混合液向一个方向揩擦。4、光学元件不用时，应存放在干燥箱中，防止受潮、发霉。目录实验
4、一光弹性实验方法观察实验5实验二梁的弯曲实验9实验三对径受压圆盘的应力分析.12实验四拉伸板孔边应力集中系数的测定16第二篇 光弹性实验方法光弹性实验方法是一种光学的应力测量方法。它是采用具有双折射性能的透明材料作成 与实际构件形状相似的模型，并在其上施加与实际构件载荷相似的外力，置于偏振光场中， 由于偏振光的于涉，形成明暗相间的条纹，这些条纹指示了模型内部各点的应力情况，可用 来确定模型各点的应力，再根据模型相似理论，换算成实际构件中的应力，其精度一般能满 足工程设计要求。光弹性法是全域性的实验方法，直观性强；能有效和准确地确定结构或零件的应力集中 从强度观点寻求零构件合理的几何形状比较迅速
5、、经济；可用来确定零构件表面和内部各点 的应力，不仅能用于平面问题的应力分析而且能用于三维问题以及动应力、热应力和塑性变 形等的研究。在机械、土建水利、交通运输、化工容器及航空等方面有较广泛的应用。实验一 光弹性实验方法观察实验一、实验目的1、了解光弹性仪各部分的名称和作用，掌握光弹性仪的使用方法。2、观察光弹性模型受力后在偏振光场中的光学效应。二、基本原理概述 光弹性实验所使用的仪器为光弹性仪，一般由光源（包括单色光源和白光光源）、一对偏 振镜、一对四分之一波片以及透镜和屏幕等组成，其装置简图如图1-1，国产408 型光弹性仪 的外形如图 12。s-尤翻E-遥馆F崔怕鴉Q-四好之一誠片曲一检
6、就0-泓托屏慕图 1-1 光弹仪装置简图11图1-2 408型光弹仪光弹性实验中最基本的装置是平面偏振光装置，它主要由光源和一对偏振镜组成，靠近 光源的一块称为，另一块称为检偏镜，如图1-3 所示。当两偏振镜轴正交时形成暗场，通常将 起偏镜轴调整为竖直方向，检偏镜轴为水平方向。当两偏振镜轴互相平行时；则呈亮场。图1-3平面偏振光装置在正交平面偏振光场中，由双折射材料制成的模型受力后，则使入射到模型的平面偏振 光分解为沿各点主应力方向振动的两列平面偏振光，且其传播速度不同，通过模型后，产生 光程差A,此光程差与模型的厚度h及主应力差G - G ）成正比，即12A=C h G -G ）（1-1）1
7、2其中C为比例系数，此式称为平面应力光学定律。当光程差为光波波长入的整数倍时，即A=NA ， N=0,1,2, （ 1 2）产生消光干涉，呈现暗点，同时满足光程差为同一整数倍波长的诸点，形成黑线，称为等差 线，由式（11）和（12）可得到G -G 二（1-3）12h” 九其中f二C称为材料条纹值。由此可知，等差线上各点的主应力差相同，对应于不同的N C值则有 0 级、1 级、2 级等差线。此外。在模型内凡主应力方向与偏振镜轴重合的点，亦形成一暗黑干涉条纹，称为等倾 线，等倾线上各点的主应力方向相同，由等倾线可以确定各点的主应力方向。当二偏振镜轴 分别为垂直、水平放置时，对应的为零度等倾线，这表
8、明， 等倾线上各点的主方向皆与偏振镜轴重合（即一个主应力方向为水平，另一个为垂直方向， 习惯上以检偏镜轴为水平方向，并以此为基线），此时若再将偏振镜轴同步反时针方向旋转10 。即得10等倾线，其上各点主应力方向与基线夹角为10,其他依此类推。408型和409II型 光弹仪的偏振镜均有同步旋转装置。等差线和等倾线是光弹性实验提供的两个必要的资料，据此可根据模型的受力特性计算 其应力。为了消除等倾线以便获得清晰的等差线图，在两偏振镜之间加入一对四分之一波片，以 形成正交圆偏振光场，各镜片的相对位置如图1 4所示。图4正交圆偏振光场布置简图一般观测等差线时，首先采用白光光源，此时等差线为彩色，故亦称
9、为等色线，当N=0时呈现黑色，等差线的级数即可根据零级确定，非零级条纹均为彩色，色序按黄红绿次序指 示着主应力差G -C ）的增加，并以红绿之间的深紫色交线为整数条纹，在具体描绘等差线12图时，可采用单色光源如钠光或激光，以提高测量精度。三、实验设备与模型1 、光弹性仪。2、光弹性模型：梁，圆盘，圆环等。四、实验步骤1、观看光弹性仪的各个部分，了解其名称和作用。2、取下光弹性仪的两块四分之一波片，将二偏振镜轴正交放置，开启白光光源，然后单 独旋转检偏振镜，反复观察平面偏振光场光强变化情况，分析各光学元件的布置和作用，并 正确布置出正交和平行两种平面偏振光场。3、调整加载杆杠，放人圆盘模型，使之
10、对径受压，逐级加载，观察等差线与等倾线的形 成。同步旋转两偏振镜轴，观察等倾线的变化及特点。4、在正交平面偏振场中加入两片四分之一级片。先将一片四分之一波片放入并转动之使 成暗场，然后转45,再将另一四分之一波片放人并转动使再成暗场，即得双正交圆偏振光场。 此时等倾线消除，在白光光源下，观察等差线条纹图，分析其特点。再单独旋转检偏镜90, 则为平行圆偏振光场，观察等差线的变化情况。5、熄灭白光，开启单色光源，观察模型中的等差线图，比较两种光源下等差线的区别和 特点。6、换上其他模型，重复步骤3 至 5，观察在不同偏振光场和用不同光源情况下，模型内 等差线和等倾线的特点和变化规律。5、 关闭光源
11、，取下模型，清理仪器、模型及有关工具。五、实验报告要求1、绘出光弹性仪装置简图，简述各光学元件的作用。2、简要说明仪器调整过程，并绘出正交和平行平面偏振光场以及圆偏振光场布置简图。3、简述在不同偏振光场和不同光源下观察到的模型中的干涉条纹现象。实验二 梁的弯曲实验一、实验目的1、通过梁的纯弯曲实验，测定光弹性材料条纹值f。2、通过简支梁弯曲实验，掌握等差线和等倾线的绘制方法，并计算不同截面的剪应力二、实验原理和方法1、矩形截面梁在弯矩M作用下，如图21所示，根据光弹性实验的等差线图测得纯弯 区段邻近上下边缘某整级数条纹N之间的距离H0,如图22，对应的应力理论值为空f Ho hH 2 IH，丿
12、其中M为弯矩，h为梁厚度，H为梁高度，H0为等差线图上条纹级数N之间的距离，H为 等差线图上梁边界间的距离。图2-2纯弯曲梁等差线示意图又根据光弹性实验的基本关系式有则可得到(2-1)6M (H2、两端简支的矩形截面梁，跨中承受集中载荷P,根据光弹性实验提供的等差线条纹图和等倾线条纹图，可通过下式计算得到各点的剪应力值2）血恥j孚-心(2-2)其中h为梁的厚度，f为材料条纹值，n为等差线条纹级数，e为等倾线参数。三、实验设备及模型1、光弹性仪。2、矩形截面梁。四、实验步骤（一）纯弯梁实验1、将二偏振镜轴水平垂直放置，将一对四分之一波片放入，令其轴与偏振镜轴成45角，使成暗场，即得正交圆偏振光场
13、。2、测量模型尺寸H、h,并划线。3、调整加载杠杆使之平衡，根据划线位置将模型按图 2-1 所示安装成纯弯受力形式。开 启白光光源，对模型施加少许载荷，调整成像系统，使在屏幕上成适宜大小和清晰的映像， 并观察条纹的对称性，若不对称，则调整加载装置直到对称为止。4、逐级加载，观察等差线的生成和变化规律，加载至纯弯区段上下边缘的等差线级数为 34级，停止加载。分析等差线特点，找到零级条纹位置及条纹变化规律，判断边界应力符号。5、在屏幕上用描图纸描绘模型边界线及等差线条纹图并标明级数，记下载荷值。（二）简支梁弯曲实验1、等差线描绘（1）将仪器调整为正交圆偏振光场。（2） 在梁上划出支座及加载位置线，
14、以及计算截面 AB， CD 位置线。（3）在加 载架上安装试件如图2-3，开启白光光源，对加少许载荷，调整成像系统使在屏幕上成像清晰， 并调整加载装置使条纹对称。(4)逐级加载，至AB截面出现34级等差线为止，观察与分析等差线的特点和变化规 律，判断边界应力符号。( 5)在屏幕上用描图纸描出模型边界线及等差线条纹，标明级数。(6) 单独旋转检偏镜90，即成平行圆偏振光场，得到半级数条纹图案，用虚线描在屏 幕的描图纸上，标明级数。(7) 记下载荷 P。2、等倾线描绘(1) 将四分之一波片取下，使二偏振镜轴分别为水平垂直放置，即得平面偏振光场，利 用白光光源，适当减少载荷，使模型呈浅色背景，同步反
15、时针方向转动二偏振镜，观察等倾 线变化规律。(2) 以检偏镜轴成水平为基准，同步反时针方向转动偏振镜轴，在屏幕上用描图纸依次 描出 0， 5， 15” ， 30， 45， 60， 75， 85等倾线，标明度数，并反复检查核对。3、将实验结果交指导教师检查签字。4、清理实验现场。五、实验报告要求1、简述实验目的及过程。2、绘出纯弯梁等差线分布图，量出图22所示H H0o再根据P、a、N、H值由式(2 1)计算出 f 值。3、绘制简支弯曲梁的等差线和等倾线图。并划出AB，CD截面的N，0曲线，将AB， CD截面分成若干等分(如六等分)，根据N， 0曲线求出各分点的N， 0值，再由式(22) 计算各点的剪应力值，绘出剪应力分布曲线，并与材料力学计算结果比较。4、结果讨论(1) 实验值与材料力
