光彈性應(yīng)力分析 實(shí)驗(yàn)報(bào)告

光彈性應(yīng)力分析實(shí)驗(yàn)總結(jié)小組：第五組組長(zhǎng)：李振邦組員：林長(zhǎng)雨原永銘宿紹勛周嬌指導(dǎo)老師：汪小明光彈性應(yīng)力分析01020304實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)步驟01020304實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)步驟01020304一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解光彈儀的使用方法2

、了解等傾線和等差線的產(chǎn)生，觀察材料的等傾線3、利用平面偏振場(chǎng)中的光彈性效應(yīng)測(cè)量給定材料條紋值f4、自行設(shè)計(jì)一個(gè)受拉試件，一個(gè)受壓試件，分別觀察當(dāng)拉（壓）力漸變時(shí)其在暗場(chǎng)下的等差線5、分別求上述試件某些特殊點(diǎn)的應(yīng)力集中系數(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)步驟01020304實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)步驟01020304實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)步驟01020304實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)步驟01020304某些高分子材料(環(huán)氧樹脂、聚碳酸脂等)具有暫時(shí)雙折射效應(yīng)，制成與實(shí)物形狀和尺寸幾何相似的模型，并且給模型施加與實(shí)物相似的載荷，在特定的偏振光場(chǎng)中觀察，模型中出現(xiàn)與應(yīng)力有關(guān)的干涉條紋。依照光彈性原理，可以算出模型內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)力大小和方向，實(shí)物的應(yīng)力可依據(jù)相似理論換算得到。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)步驟線偏振光自然光線偏振光線偏振光PA起偏振器BP檢偏振器透振方向透振方向入射自然光光強(qiáng)sI出射線偏振光光強(qiáng)I02sIsII0I0入射線偏振光光強(qiáng)I0I起偏振過程（起偏）出射線偏振光光強(qiáng)I

檢偏振過程（檢偏）實(shí)驗(yàn)原理偏振片偏振片2有機(jī)玻璃模型偏振片1施壓應(yīng)力雙折射顯示的偏振光干涉條紋施壓方向形成光軸雙折射與應(yīng)力成正比用于應(yīng)力分析研究FFFF應(yīng)力雙折射機(jī)械應(yīng)力作用產(chǎn)生的各向異性光彈性效應(yīng)01020304實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)步驟010203041、認(rèn)識(shí)光彈性儀。觀察實(shí)物光彈儀的各個(gè)部分，了解其名稱和作用。2、平面偏振光場(chǎng)的布置將二偏振鏡軸正交放置，開啟單色鈉光光源，然后單獨(dú)旋轉(zhuǎn)檢偏鏡，同時(shí)觀察平面偏振光場(chǎng)光強(qiáng)變化情況，并正確布置出正交和平行兩種平面偏振光場(chǎng)。3、等傾線和等差線的觀察調(diào)整加力裝置，分別放入矩形模型橫梁使之受力，逐漸加載，觀察等傾線、等差線的形成，轉(zhuǎn)動(dòng)電子秤下的手柄使起偏鏡、檢偏鏡同步回轉(zhuǎn)，同時(shí)觀察等傾線的特點(diǎn)，最后拍下對(duì)徑受壓矩形橫梁0°、15°、30°、45°、60°、75°的等傾線圖。4、在正交平面偏振場(chǎng)中加入兩片四分之一波片。先將一片四分之一波片放入并轉(zhuǎn)動(dòng)使之成暗場(chǎng)，然后轉(zhuǎn)動(dòng)45°，再將另一四分之一波片放入并轉(zhuǎn)動(dòng)使再成暗場(chǎng)，即得雙正交圓偏振光場(chǎng)。此時(shí)等傾線消除，在鈉光光源下，觀察等差線條紋圖，分析其特點(diǎn)。再單獨(dú)旋轉(zhuǎn)檢偏鏡90°，則為平行圓偏振光場(chǎng)，觀察等差線得變化情況。5、測(cè)定模型材料的條紋值從前面應(yīng)力差公式可以看出，只要知道材料的條紋值和等差線級(jí)數(shù)N，模型中的任一點(diǎn)的主應(yīng)力差值就可算出。我們采用矩形截面純彎曲梁實(shí)驗(yàn)確定材料的條紋值。矩形截面梁在彎矩M作用下，根據(jù)光彈性實(shí)驗(yàn)的等差線圖測(cè)得純彎曲段鄰近上下邊緣某整級(jí)數(shù)條紋N之間的距離H0。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)步驟具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一測(cè)定條紋值在單色光源下，對(duì)于一個(gè)已知應(yīng)力狀態(tài)的點(diǎn)測(cè)讀出等差線級(jí)次n，如果模型厚度尺寸h已知，則可算出材料條紋值

f。公式如下：

其中，

——偏振光入射點(diǎn)處平面應(yīng)力狀態(tài)的兩個(gè)主應(yīng)力；

P——所加外力大??；

t——模型寬度；

g——9.8m/s2。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：(1)調(diào)節(jié)正交圓偏振暗場(chǎng):打開鈉光源，旋轉(zhuǎn)檢偏鏡，使標(biāo)記指向鏡框分度盤上0度位置；分別旋轉(zhuǎn)兩塊四分之一玻片，使標(biāo)記指向45度，形成“正交圓偏振暗場(chǎng)”;(2)用尺子測(cè)量小模塊寬度t,并在小模塊上任取一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)O;(3)調(diào)節(jié)拉壓桿高度，使小模塊處于不受力狀態(tài)。調(diào)整小模塊使平面偏振光垂直通過小模塊;(4)調(diào)節(jié)電子秤的“去皮”按鈕進(jìn)行清零;(5)使光入射到小模型上，有節(jié)奏施加外力（注意：所有人應(yīng)遠(yuǎn)離模型兩側(cè)，以免小模塊彈出傷人。）當(dāng)小模塊上O點(diǎn)變成暗點(diǎn)時(shí)，緩慢調(diào)節(jié)外力，找到暗點(diǎn)最清晰時(shí)的外力（記錄電子秤示數(shù)m）并做記錄，此時(shí)n=1；繼續(xù)加外力連續(xù)測(cè)量n=2，3，4，5時(shí)的外力并做記錄。（注意：最大外力不應(yīng)超過1000牛頓）條紋級(jí)數(shù)n電子秤示數(shù)m(kg)條紋值條紋值平均數(shù)18.955.85*10^35.72*10^3216.65.42*10^3324.005.66*10^3434.705.67*10^3544.455.81*10^3653.505.83*10^3761.805.77*10^3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理本次測(cè)量得到的條紋值偏低，經(jīng)過討論分析，應(yīng)該是在將電子秤清零時(shí)出現(xiàn)誤差。本實(shí)驗(yàn)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)儀器本身精度局限，還會(huì)存在系統(tǒng)誤差。實(shí)驗(yàn)誤差分析：實(shí)驗(yàn)二等傾線的觀測(cè)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

記錄等傾線的圖像；

2、實(shí)驗(yàn)原理：

建立一個(gè)平面偏振場(chǎng)；首先反復(fù)同步轉(zhuǎn)動(dòng)起偏鏡和檢偏鏡，觀察等傾線移動(dòng)的大致規(guī)律；然后從=0°開始，單方向方向同步轉(zhuǎn)動(dòng)P—A鏡，一般每隔5°~10°繪制一條等傾線并標(biāo)明度數(shù)，到90°為止。

3、實(shí)驗(yàn)器材：

光測(cè)彈性儀、聚碳酸酯模型、打磨工具、尺子、照相機(jī)；4、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)：

（1）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（調(diào)節(jié)正交平面偏振暗場(chǎng)）：打開鈉光源，旋轉(zhuǎn)檢偏鏡，使標(biāo)記指向鏡框分度盤上90度位置，分別旋轉(zhuǎn)兩塊四分之一玻片，使標(biāo)記指向0度。

（2）調(diào)節(jié)試件高度，使模型剛好夾在試件中間且不受力，且平面偏振光垂直通過模型。

（3）在觀測(cè)者的指揮下緩慢加外力至出現(xiàn)條紋變化。（不必加太大的外力）

（4）旋轉(zhuǎn)同步旋鈕，分別在0度、22.5度、45度、67.5度、90度處拍照，記錄模型的等傾線。

0度22.5度45度67.5度90度

1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

測(cè)量模型某點(diǎn)的應(yīng)力集中系數(shù)，即K值；

2、實(shí)驗(yàn)原理：

公式如下：平均

σ=p/s;

K=σ‘-σ‘’/σ平均

；

其中，σ‘-σ‘‘

——偏振光入射點(diǎn)處平面應(yīng)力狀態(tài)的兩個(gè)主應(yīng)力；

平均σ‘——偏振光入射點(diǎn)處平面應(yīng)力狀態(tài)的平均主應(yīng)力；

σ‘‘=0;

P——所加外力大小，P=m*g；

t——模型寬度；

g——9.8m/s2。

s——橫截面面積，s=l*t；

l——橫截面長(zhǎng)；

實(shí)驗(yàn)三偏心拉伸現(xiàn)象（四星模型）（3、實(shí)驗(yàn)器材：

漫射光式光測(cè)彈性儀、聚碳酸酯模型、尺子、打磨工具、照相機(jī)等；

4、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)：

（1）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（調(diào)節(jié)正交圓偏振暗場(chǎng)）：打開鈉光源，旋轉(zhuǎn)檢偏鏡，使標(biāo)記指向鏡框分度盤上0度位置；分別旋轉(zhuǎn)兩塊四分之一玻片，使標(biāo)記指向45度，形成“正交圓偏振暗場(chǎng)”；

（2）測(cè)量模型寬度t，測(cè)量位置附近橫截面長(zhǎng)度l，

（3）調(diào)節(jié)試件高度，使模型剛好夾在試件中間且不受力，且平面偏振光垂直通過模型。

（4）調(diào)節(jié)電子秤的“去皮”按鈕進(jìn)行清零。當(dāng)模型中x變成暗點(diǎn)時(shí)，調(diào)節(jié)外力，找到暗點(diǎn)最清晰時(shí)的外力（記錄電子秤示數(shù)m）并做記錄，此時(shí)n=2，再依次施加外力連續(xù)測(cè)量并做記錄。

5.數(shù)據(jù)處理l=8.5cm；h=0.6cm;f=5.72*10^3N/m;條紋級(jí)數(shù)（n）顯示器顯示力的大?。∟）主應(yīng)力σ‘（Pa）平均應(yīng)力σ（Pa）應(yīng)力集中系數(shù)k平均應(yīng)力集中系數(shù)n=21401.91*10^62.71*10^57.046.29n=43353.81*10^66.49*10^55.87n=64955.72*10^69.59*10^55.96二級(jí)條紋四級(jí)條紋六級(jí)條紋誤差分析由于測(cè)量數(shù)據(jù)太少，導(dǎo)致K值有一定的偶然性存在。四星模型太小，導(dǎo)致條紋分布過于密集，不易識(shí)別，導(dǎo)致了一定誤差。實(shí)驗(yàn)四測(cè)拉力試件的應(yīng)力集中系數(shù)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

測(cè)量模型某點(diǎn)的K值；

2、實(shí)驗(yàn)原理：

公式如下：主應(yīng)力：σ’=n*f/h平均應(yīng)力：σ

平均=p/s;

K=σ’/σ

平均

σ’’=0；

P——所加外力大小，P=m*g；

h——模型寬度；

g——9.8m/s2。

s——橫截面面積，s=l*h；

l——橫截面長(zhǎng)；

3、實(shí)驗(yàn)器材：

漫射光式光測(cè)彈性儀、聚碳酸酯模型、尺子、打磨工具、照相機(jī)等；

4、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)：

（1）小組分工：李振邦負(fù)責(zé)儀器調(diào)整，林長(zhǎng)雨負(fù)責(zé)拍照，原永銘負(fù)責(zé)加外力，宿紹勛負(fù)責(zé)觀測(cè)，周嬌負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)記錄；

（2）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（調(diào)節(jié)正交圓偏振暗場(chǎng)）：打開鈉光源，旋轉(zhuǎn)檢偏鏡，使標(biāo)記指向鏡框分度盤上0度位置；分別旋轉(zhuǎn)兩塊四分之一玻片，使標(biāo)記指向45度，形成“正交圓偏振暗場(chǎng)”；

（3）測(cè)量模型寬度h，測(cè)量位置附近橫截面長(zhǎng)度l，

（4）調(diào)節(jié)試件高度，使模型剛好夾在試件中間且不受力，且平面偏振光垂直通過模型。

（5）調(diào)節(jié)電子秤的“去皮”按鈕進(jìn)行清零。

（6）設(shè)光入射到模型上某一點(diǎn)X，在觀測(cè)人指揮下，施力人有節(jié)奏地加外力（注意：所有人應(yīng)遠(yuǎn)離模型兩側(cè)，以免模型彈出傷人）。當(dāng)模型中X變成暗點(diǎn)時(shí)，調(diào)節(jié)外力，找到暗點(diǎn)最清晰時(shí)的外力（記錄電子秤示數(shù)m）并做記錄，此時(shí)n=1；繼續(xù)加外力連續(xù)測(cè)量并做記錄。

5、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及初處理

h=0.006m;

l=0.032m;條紋級(jí)數(shù)n材料條紋值f所加外力p主應(yīng)力σ’σ平均kK平均25720901.91*10^64687504.075.641353.81*10^67031255.4261755.72*10^69114586.2882207.63*10^61.15*10^66.63未加力n=2n=4n=6n=8誤差分析在主應(yīng)力為0時(shí)，試件已經(jīng)出現(xiàn)條紋分析原因：可能在試件的制作或者實(shí)驗(yàn)前試件安裝的過程中，受到超過了試件承受范圍內(nèi)的力，使試件永久性不可恢復(fù)變形，結(jié)果導(dǎo)致在主應(yīng)力為零時(shí)，就已經(jīng)出現(xiàn)條紋，產(chǎn)生誤差。總結(jié)：今后做實(shí)驗(yàn)要保護(hù)好試件，避免遭到破壞，產(chǎn)生誤差分析總結(jié)由拍下的照片及數(shù)據(jù)表格分析可得：尖端比圓弧的受力能力要小的多，條紋更密集，力加到一定值越容易斷裂損壞。所以，在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，盡量將零件或工程設(shè)計(jì)成光滑的圓弧狀。在汪老師的指導(dǎo)下，通過光彈性應(yīng)力分析實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，我受益匪淺。課堂講解與實(shí)踐的并行下，既學(xué)到了知識(shí)又能學(xué)以致用。尤其是在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，我們小組團(tuán)結(jié)合作，組內(nèi)成員合理分工，各司其職，在