光彈性應(yīng)力分析 實驗報告

光彈性應(yīng)力分析實驗總結(jié)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(dǎo)老師：汪小明光彈性應(yīng)力分析01020304實驗?zāi)康膶嶒瀮x器實驗原理實驗步驟01020304實驗?zāi)康膶嶒瀮x器實驗原理實驗步驟01020304一、實驗?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、利用平面偏振場中的光彈性效應(yīng)測量給定材料條紋值f4、自行設(shè)計一個受拉試件，一個受壓試件，分別觀察當(dāng)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(yīng)力集中系數(shù)實驗?zāi)康膶嶒瀮x器實驗原理實驗步驟01020304實驗?zāi)康膶嶒瀮x器實驗原理實驗步驟01020304實驗?zāi)康膶嶒瀮x器實驗原理實驗步驟01020304實驗?zāi)康膶嶒瀮x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(yīng)，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(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)各點的應(yīng)力大小和方向，實物的應(yīng)力可依據(jù)相似理論換算得到。實驗?zāi)康膶嶒瀮x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(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）實驗原理偏振片偏振片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實驗?zāi)康膶嶒瀮x器實驗原理實驗步驟010203041、認(rèn)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(zhuǎn)檢偏鏡，同時觀察平面偏振光場光強(qiáng)變化情況，并正確布置出正交和平行兩種平面偏振光場。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)動電子秤下的手柄使起偏鏡、檢偏鏡同步回轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)動使之成暗場，然后轉(zhuǎn)動45°，再將另一四分之一波片放入并轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)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?zāi)康膶嶒瀮x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(yīng)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(yīng)力狀態(tài)的兩個主應(yīng)力；

P——所加外力大?。?/p>

t——模型寬度；

g——9.8m/s2。

實驗內(nèi)容：(1)調(diào)節(jié)正交圓偏振暗場: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”;(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(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點變成暗點時，緩慢調(diào)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(yīng)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(yīng)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?zāi)康模?/p>

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(fù)同步轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動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、實驗器材：

光測彈性儀、聚碳酸酯模型、打磨工具、尺子、照相機(jī)；4、實驗步驟及注意事項：

（1）實驗準(zhǔn)備（調(diào)節(jié)正交平面偏振暗場）：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、實驗?zāi)康模?/p>

測量模型某點的應(yīng)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(yīng)力狀態(tài)的兩個主應(yīng)力；

平均σ‘——偏振光入射點處平面應(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；

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(jī)等；

4、實驗步驟及注意事項：

（1）實驗準(zhǔn)備（調(diào)節(jié)正交圓偏振暗場）：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”；

（2）測量模型寬度t，測量位置附近橫截面長度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變成暗點時，調(diào)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(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(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，不易識別，導(dǎo)致了一定誤差。實驗四測拉力試件的應(yīng)力集中系數(shù)1、實驗?zāi)康模?/p>

測量模型某點的K值；

2、實驗原理：

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；

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(jī)等；

4、實驗步驟及注意事項：

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

（2）實驗準(zhǔn)備（調(diào)節(jié)正交圓偏振暗場）：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”；

（3）測量模型寬度h，測量位置附近橫截面長度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(yīng)遠(yuǎn)離模型兩側(cè)，以免模型彈出傷人）。當(dāng)模型中X變成暗點時，調(diào)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(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，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(fù)變形，結(jié)果導(dǎo)致在主應(yīng)力為零時，就已經(jīng)出現(xiàn)條紋，產(chǎn)生誤差。總結(jié)：今后做實驗要保護(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)計時，盡量將零件或工程設(shè)計成光滑的圓弧狀。在汪老師的指導(dǎo)下，通過光彈性應(yīng)力分析實驗課程的學(xué)習(xí)，我受益匪淺。課堂講解與實踐的并行下，既學(xué)到了知識又能學(xué)以致用。尤其是在實驗當(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