光弹性实验

不错

光弹性实验

一．实验目的

1.光弹性实验是一种光学的应力测量方法，是材料力学实验的重要组成部分。通 过该实验熟悉光弹性等色条纹级次的判定方法。 2.理解材料条纹的力学意义 二．实验原理

塑料、玻璃等非晶体在通常情况下是各向同性而不产生双折射现象的。但是当它们受到应力的时候，就会变成各向异性而显示出双折射性质，这种现象称为光弹性效应。 光弹性法的光源有单色光和白光两种，单色光是只有一种波长的光；白光则是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等七种单色光组成的。发自光源的自然光是向四面八方传播的横振动波。当自然光遇到偏振片时，就只有振动方向与偏振轴平行的光线才能通过，这就形成平面偏振光，其振动方程为

u Asin

2

（1）

式中A为光波的振幅， 为单色光的波长，v为光波的传播速度，t为时间。根据光学原理，偏振光的强度与振幅A的平方成正比，即

I KA （2）

比例常数K是一个光学常数。

用具有双折射性能的透明材料（如环氧树脂塑料或聚碳酸脂塑料）制成与实际构件相似的模型，并将它放在起偏镜和检偏镜之间的平面偏振光场中（见图1）。当模型不受力时，偏振光通过模型并无变化。如模型受力，且其某一单元的主应力为 1和 2，则偏振光通过这一单元时，又将沿 1和 2的方向分解成互相垂直，传播速度不同的两束偏振光，这种现象称为双折射。由于两束偏振光在模型中的传播速度并不相同，穿过模型后它们之间产生一个光程差 。实验结果表明， 与该单元主应力差 1 2 和模型厚度h成正比，即

Ch 1 2 （3）

式中比例常数C与光波波长和模型材料的光学性质有关，称为材料的光学常数。公式（3）称为应力光学定律。光弹性法的实质，是利用光弹性仪测定光程差 的大小，然后根据应力光学定律确定主应力差。 三．平面偏振布置

模型

起偏镜

图1 受力模型在正交平面偏振布置中

A

P

u

检偏镜

σ

2

2

vt

P

σ

1

u2,u‘2

光源

Ψ

u1,u‘1

o

A

图2偏振轴与应力主轴的相对位置