光彈性應力分析 實驗報告

光彈性應力分析實驗總結小組：第五組組長：李振邦組員：林長雨原永銘宿紹勛周嬌指導老師：汪小明光彈性應力分析01020304實驗目的實驗儀器實驗原理實驗步驟01020304實驗目的實驗儀器實驗原理實驗步驟01020304一、實驗目的：1、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、利用平面偏振場中的光彈性效應測量給定材料條紋值f4、自行設計一個受拉試件，一個受壓試件，分別觀察當拉（壓）力漸變時其在暗場下的等差線5、分別求上述試件某些特殊點的應力集中系數(shù)實驗目的實驗儀器實驗原理實驗步驟01020304實驗目的實驗儀器實驗原理實驗步驟01020304實驗目的實驗儀器實驗原理實驗步驟01020304實驗目的實驗儀器實驗原理實驗步驟01020304某些高分子材料(環(huán)氧樹脂、聚碳酸脂等)具有暫時雙折射效應，制成與實物形狀和尺寸幾何相似的模型，并且給模型施加與實物相似的載荷，在特定的偏振光場中觀察，模型中出現(xiàn)與應力有關的干涉條紋。依照光彈性原理，可以算出模型內(nèi)各點的應力大小和方向，實物的應力可依據(jù)相似理論換算得到。實驗目的實驗儀器實驗原理實驗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sI出射線偏振光光強I02sIsII0I0入射線偏振光光強I0I起偏振過程（起偏）出射線偏振光光強I

檢偏振過程（檢偏）實驗原理偏振片偏振片2有機玻璃模型偏振片1施壓應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力成正比用于應力分析研究FFFF應力雙折射機械應力作用產(chǎn)生的各向異性光彈性效應01020304實驗目的實驗儀器實驗原理實驗步驟010203041、認識光彈性儀。觀察實物光彈儀的各個部分，了解其名稱和作用。2、平面偏振光場的布置將二偏振鏡軸正交放置，開啟單色鈉光光源，然后單獨旋轉檢偏鏡，同時觀察平面偏振光場光強變化情況，并正確布置出正交和平行兩種平面偏振光場。3、等傾線和等差線的觀察調整加力裝置，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，轉動電子秤下的手柄使起偏鏡、檢偏鏡同步回轉，同時觀察等傾線的特點，最后拍下對徑受壓矩形橫梁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動使之成暗場，然后轉動45°，再將另一四分之一波片放入并轉動使再成暗場，即得雙正交圓偏振光場。此時等傾線消除，在鈉光光源下，觀察等差線條紋圖，分析其特點。再單獨旋轉檢偏鏡90°，則為平行圓偏振光場，觀察等差線得變化情況。5、測定模型材料的條紋值從前面應力差公式可以看出，只要知道材料的條紋值和等差線級數(shù)N，模型中的任一點的主應力差值就可算出。我們采用矩形截面純彎曲梁實驗確定材料的條紋值。矩形截面梁在彎矩M作用下，根據(jù)光彈性實驗的等差線圖測得純彎曲段鄰近上下邊緣某整級數(shù)條紋N之間的距離H0。實驗目的實驗儀器實驗原理實驗步驟具體實驗內(nèi)容實驗一測定條紋值在單色光源下，對于一個已知應力狀態(tài)的點測讀出等差線級次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，

——偏振光入射點處平面應力狀態(tài)的兩個主應力；

P——所加外力大??；

t——模型寬度；

g——9.8m/s2。

實驗內(nèi)容：(1)調節(jié)正交圓偏振暗場:打開鈉光源，旋轉檢偏鏡，使標記指向鏡框分度盤上0度位置；分別旋轉兩塊四分之一玻片，使標記指向45度，形成“正交圓偏振暗場”;(2)用尺子測量小模塊寬度t,并在小模塊上任取一個觀測點O;(3)調節(jié)拉壓桿高度，使小模塊處于不受力狀態(tài)。調整小模塊使平面偏振光垂直通過小模塊;(4)調節(jié)電子秤的“去皮”按鈕進行清零;(5)使光入射到小模型上，有節(jié)奏施加外力（注意：所有人應遠離模型兩側，以免小模塊彈出傷人。）當小模塊上O點變成暗點時，緩慢調節(jié)外力，找到暗點最清晰時的外力（記錄電子秤示數(shù)m）并做記錄，此時n=1；繼續(xù)加外力連續(xù)測量n=2，3，4，5時的外力并做記錄。（注意：最大外力不應超過1000牛頓）條紋級數(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實驗數(shù)據(jù)處理本次測量得到的條紋值偏低，經(jīng)過討論分析，應該是在將電子秤清零時出現(xiàn)誤差。本實驗因為實驗儀器本身精度局限，還會存在系統(tǒng)誤差。實驗誤差分析：實驗二等傾線的觀測1、實驗目的：

記錄等傾線的圖像；

2、實驗原理：

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

3、實驗器材：

光測彈性儀、聚碳酸酯模型、打磨工具、尺子、照相機；4、實驗步驟及注意事項：

（1）實驗準備（調節(jié)正交平面偏振暗場）：打開鈉光源，旋轉檢偏鏡，使標記指向鏡框分度盤上90度位置，分別旋轉兩塊四分之一玻片，使標記指向0度。

（2）調節(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、實驗目的：

測量模型某點的應力集中系數(shù)，即K值；

2、實驗原理：

公式如下：平均

σ=p/s;

K=σ‘-σ‘’/σ平均

；

其中，σ‘-σ‘‘

——偏振光入射點處平面應力狀態(tài)的兩個主應力；

平均σ‘——偏振光入射點處平面應力狀態(tài)的平均主應力；

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；

實驗三偏心拉伸現(xiàn)象（四星模型）（3、實驗器材：

漫射光式光測彈性儀、聚碳酸酯模型、尺子、打磨工具、照相機等；

4、實驗步驟及注意事項：

（1）實驗準備（調節(jié)正交圓偏振暗場）：打開鈉光源，旋轉檢偏鏡，使標記指向鏡框分度盤上0度位置；分別旋轉兩塊四分之一玻片，使標記指向45度，形成“正交圓偏振暗場”；

（2）測量模型寬度t，測量位置附近橫截面長度l，

（3）調節(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）調節(jié)電子秤的“去皮”按鈕進行清零。當模型中x變成暗點時，調節(jié)外力，找到暗點最清晰時的外力（記錄電子秤示數(shù)m）并做記錄，此時n=2，再依次施加外力連續(xù)測量并做記錄。

5.數(shù)據(jù)處理l=8.5cm；h=0.6cm;f=5.72*10^3N/m;條紋級數(shù)（n）顯示器顯示力的大小（N）主應力σ‘（Pa）平均應力σ（Pa）應力集中系數(shù)k平均應力集中系數(shù)n=21401.91*10^62.71*10^57.046.29n=43353.81*10^66.49*10^55.87n=64955.72*10^69.59*10^55.96二級條紋四級條紋六級條紋誤差分析由于測量數(shù)據(jù)太少，導致K值有一定的偶然性存在。四星模型太小，導致條紋分布過于密集，不易識別，導致了一定誤差。實驗四測拉力試件的應力集中系數(shù)1、實驗目的：

測量模型某點的K值；

2、實驗原理：

公式如下：主應力：σ’=n*f/h平均應力：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；

3、實驗器材：

漫射光式光測彈性儀、聚碳酸酯模型、尺子、打磨工具、照相機等；

4、實驗步驟及注意事項：

（1）小組分工：李振邦負責儀器調整，林長雨負責拍照，原永銘負責加外力，宿紹勛負責觀測，周嬌負責數(shù)據(jù)記錄；

（2）實驗準備（調節(jié)正交圓偏振暗場）：打開鈉光源，旋轉檢偏鏡，使標記指向鏡框分度盤上0度位置；分別旋轉兩塊四分之一玻片，使標記指向45度，形成“正交圓偏振暗場”；

（3）測量模型寬度h，測量位置附近橫截面長度l，

（4）調節(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）調節(jié)電子秤的“去皮”按鈕進行清零。

（6）設光入射到模型上某一點X，在觀測人指揮下，施力人有節(jié)奏地加外力（注意：所有人應遠離模型兩側，以免模型彈出傷人）。當模型中X變成暗點時，調節(jié)外力，找到暗點最清晰時的外力（記錄電子秤示數(shù)m）并做記錄，此時n=1；繼續(xù)加外力連續(xù)測量并做記錄。

5、實驗數(shù)據(jù)記錄及初處理

h=0.006m;

l=0.032m;條紋級數(shù)n材料條紋值f所加外力p主應力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誤差分析在主應力為0時，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驗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變形，結果導致在主應力為零時，就已經(jīng)出現(xiàn)條紋，產(chǎn)生誤差?？偨Y：今后做實驗要保護好試件，避免遭到破壞，產(chǎn)生誤差分析總結由拍下的照片及數(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，在進行工程設計時，盡量將零件或工程設計成光滑的圓弧狀。在汪老師的指導下，通過光彈性應力分析實驗課程的學習，我受益匪淺。課堂講解與實踐的并行下，既學到了知識又能學以致用。尤其是在實驗當中，我們小組團結合作，組內(nèi)成員合理分工，各司其職，在