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光彈性應(yīng)力測試實驗報告指導(dǎo)教師:學(xué)院:班級:學(xué)號:姓名:一、 實驗內(nèi)容與目的了解光彈性試驗的基本原理和方法,認(rèn)識偏光彈性儀;觀察模型受力時的條形圖案,認(rèn)識等差線和等傾線,了解主應(yīng)力差和條紋值得測量;3.利用圖像處理軟件,對等傾線和等差線條紋進(jìn)行處理。二、 實驗設(shè)備與儀器1.由環(huán)氧樹脂或聚碳酸酯制作的試件模型一套;2.偏光彈性儀及加載裝置。三、 實驗原理光彈性實驗主要原理是根據(jù)光的這一特性:光在各項同性材料中不發(fā)生雙折射,而在各向異性的材料中發(fā)生雙折射,且光學(xué)主軸與應(yīng)力主軸重合。模型材料在受力前為各向同性材料,受力后部分區(qū)域變成各向異性,然后再根據(jù)光的干涉條件可知,在正交平面偏振場中,當(dāng)光程差為波長整數(shù)倍時(等差線)或者模型應(yīng)力主軸與偏振軸重合時(等傾線)光的強(qiáng)度為零,相應(yīng)地顯示出來的條紋為暗條紋,而在平行平面偏振場中,根據(jù)干涉條件可知,在正交平面偏振場中的暗紋條件恰好為平行平面偏振場亮紋的條件。然而,等傾線和等差線在一個圖像上顯示,難免會使圖像不清晰,為了改進(jìn)實驗,我們在實驗中把平面偏振場改為圓偏振場,這樣就可以得到清晰的等傾線,它與平面偏振場的區(qū)別是在裝置的模型兩側(cè)分別加了一個四分之一波片,當(dāng)然了,也可以通過快速旋轉(zhuǎn)正交偏振軸,快到應(yīng)力模型上不同度數(shù)等傾線的取代過程用肉眼分辨不出來來消除等傾線的影響。應(yīng)力模型所使用的儀器為偏光彈性儀,由光源(包括單色光源和白光光源)、一對偏振鏡、一對四分之一波片以及透鏡和屏幕等組成,其裝置簡圖1。圖1光彈性儀裝置簡圖S一光源 一透鏡 P一起偏鏡 M一四分之一波片A—檢偏鏡 O—試件 I—屏幕光彈性實驗中最基本的裝置是平面偏振光裝置,它主要由光源和一對偏振鏡組成,靠近光源的一塊稱為起偏鏡,另一塊稱為檢偏鏡。當(dāng)兩偏振鏡軸正交時開成暗場,通常調(diào)整一偏振鏡軸為豎直方向,另一為水平方向。當(dāng)兩偏振鏡軸互相平行時,則呈亮場。M是四分之一波片,若把四分之一波片的快慢軸調(diào)整到與偏振片的偏振軸成45°的位置,就可以得到圓偏振光場。(1)平面光彈性的應(yīng)力一光學(xué)定律光彈性模型使用特殊材料制成的,在力的作用下呈現(xiàn)出雙折射現(xiàn)象。如把受力模型處于偏振光場中,便可以看到這個雙折射現(xiàn)像。設(shè)光彈性模型為平面應(yīng)力狀態(tài),當(dāng)平面偏振光垂直入射受力模型平面時,只要不超過材料彈性極限,其雙折射性質(zhì)遵循下列兩條規(guī)律:1) 光波垂直通過平面受力模型時,它只沿這點的兩個主應(yīng)力方向分解并振動,且只在乎應(yīng)力平面內(nèi)通過。2) 兩光波在兩主應(yīng)力平面內(nèi)通過的速度不等,因其折射率發(fā)生了改變,其變化量與主應(yīng)力大小呈線性關(guān)系。光程差:8=Ch(*-氣) 【C為兩應(yīng)力光學(xué)系數(shù)的差值;h為模型厚度】 (1)相對光程差:N=|=^^(a1-02)

令:°廣C令:°廣C;可變化為如下形式:斜一。2=4(2)常數(shù)。0稱為模型條紋值,f稱為材料條紋值;f約為12.5kN/m級。(2)受力模型在平面偏振光場中的光彈效應(yīng)將一個平面受力模型置于平面偏振光場中,入射光矢量E將通過偏振片、模型雙折射I=A2sin2—sin22a片和分析片。光波強(qiáng)度變?yōu)镮: 2A為常數(shù),a為模型內(nèi)主應(yīng)力方向與偏振軸的夾角,—為模型雙折射片產(chǎn)生的滯后量。當(dāng)光程差為光波波長入的整數(shù)倍時,即\=N入 N=0,1,2,…… (3)產(chǎn)生消光干涉,呈現(xiàn)暗場,同時滿足光程差為同一整數(shù)倍波長的諸點,形成黑線,稱為等差線,由式(1)、(2)、(3)可得到Nfcr-a=—12h⑷/其中 c稱為材料條紋值。由此可知,等差線上各點的主應(yīng)力差相同,對應(yīng)于不同的N值則有0級、1級、2級……等差線。此外,在模型內(nèi)凡主應(yīng)力方向與偏振鏡軸重合的點,亦形成一暗黑干涉條紋,稱為等傾線,等傾線上各點的主應(yīng)力方向相同,由等傾線可以確定各點的主應(yīng)力方向。當(dāng)二偏振鏡軸分別為垂直水平放置時,對應(yīng)的為零度等傾線。(3)受力模型在圓偏振場中的光彈效應(yīng)在平面偏光儀的基礎(chǔ)上再加使用兩塊四分之一波片,放置時使其快慢軸相互垂直,Q的快軸與x軸成45°,O與x軸承-45°放置?!茫篒=A2sin2—2其只包含兩波的相位差所引起的等差線條紋。四、實驗步驟純彎梁實驗(測定材料條紋值f)1、 將儀器部置成雙正交偏振光場。2、 測量模型尺寸H,h并劃線。3、調(diào)整加載杠桿使之平衡,根據(jù)劃線位置將按圖2所示安裝成純彎受力形式。圖2 純彎曲梁模型及加載裝置圖2 純彎曲梁模型及加載裝置圖3純彎曲梁等差線示意圖開啟白光光源,對模型施加少許載荷,調(diào)整成像系統(tǒng),使在屏幕上成適宜大上和清晰的映像,并觀察條紋的對稱性,若不對稱,則調(diào)整加載裝置直到對稱為止。4、 逐級加載,觀察等差線的生成和變化特點,找到零級條紋位置及條紋變化規(guī)律,用釘壓法判斷邊界應(yīng)力符號。5、 在屏幕上用描圖紙描繪模型邊界線及等差線條紋圖示標(biāo)明級數(shù),記下載荷P。五、實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)處理1)已知:P=300N1)已知:P=300N,h=8.32mm,H=25.16mm,a110-60.7=24.65mm;My hH3純彎曲梁理論應(yīng)力值:b= ,I=—;Iz12得:b=茶(「為載荷,h為梁厚度,H為梁高度,a為支座之間的距離)2)由bi-b2一〃才,對純彎曲梁b2=0;所以:b1=nf,(f0=12.5KN/m,d=8.32mm)3)等差線圖與模型上等差線長度之比為:1:1.948。測得:等差線條紋總寬度為48.1mm,各級條紋距中性層的距離為9.1mm,8.8mm,17.2mm,18.9mm,條紋級數(shù)

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