实验力学- 光弹部分
例：纯弯曲梁
M
3
2 1
M
0
等差线
x
y
M σx = y = σ1 I σ y = 0 =σ2 τ xy = 0
4
y = 0 σ 1 = 0, σ 2 = 0, δ = 0, N = 0 δ = λ, N = 1 y ≠ 0 σ 1 ≠ 0, δ = 2λ , N = 2 y ↑, σ 1 ↑, N ↑
实验力学
主讲教师: 主讲教师
《实验力学》，又称《实验应力分析》，是工程 力学专业本科生的必修课。它具有以下特点：
一．应用性强，与机械、土木、水利、材料、航空、航天等 国民经济重要领域密切相关； 二．发展快，与现代科技发展相适应，需不断调整课程内容； 三．学科交叉，内容涉及力学、数学、光学、电学和 计算机 等学科； 四．强调实验，注重培养动手能力和进行科学研究的能力。
平面模型上的黑点为应力主轴与偏振轴重合的点。 在检偏镜 A 后： 平面模型上的黑点为应力主轴与偏振轴重合的点。 点的迹线形成干涉条纹， 称为等倾线。 黑色） 点的迹线形成干涉条纹， 称为等倾线。 黑色） （ σ2 等倾线是具有相同主应力方向的点的轨迹。 相同主应力方向的点的轨迹 等倾线是具有相同主应力方向的点的轨迹。 σ 1 θ 等倾线上各点主应力方向相同。 或：等倾线上各点主应力方向相同。 σ1 σ2 得到另一组等倾线。 得到另一组等倾线。σ 1 σ1 P 和 A 转动同一角度 θ ， θ θ 为等倾线角度 σ2 σ 2 σ1 σ1 等倾线： 确定模型上各点的主应力方向。 等倾线： 确定模型上各点的主应力方向。 σ2
琼斯算法
(e iδ − 1) sin θ cosθ iδ 2 2 e sin θ + cos θ
E ′ = JE
E ′ = J n LJ 3 J 2 J 1 E
§10-3 光弹性实验装置
一、基本构造 平行光式 1、光源 、 白光灯 高压汞灯 钠灯 漫射光式
S o o 白光 7600 A ~ 4000 A
§10-5 平面偏振布置中的光弹性效应
讨论正交平面偏振布置： 讨论正交平面偏振布置： 平面偏振光： 平面偏振光：u 暂时双折射： 暂时双折射：
δ = Cd (σ 1 − σ 2 )
= a sin ω t
单色光
P
σ2
σ1
ψ
ψ = 90° − α
Aቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
通过模型后光程差为 δ
u1 = a sin ω t cosψ u2 = a sin ω t sinψ
σ1
4
3
2
1
0
3、材料的条纹值 （P19、29） δ = Cd (σ 1 − σ 2 ) = Nλ 、 、 ） λ N σ1 −σ 2 = λ N C d 令： f = 由实验得到 材料的条纹值 m C
物理意义： 当模型材料为单位厚度时，对应于一定波长的光源， 物理意义： 当模型材料为单位厚度时，对应于一定波长的光源，产生一级 等差线所需的主应力差值。 等差线所需的主应力差值。
n1 − n0 = Aσ 1 + Bσ 2 n 2 − n 0 = Aσ 2 + Bσ 1 令：C = A − B
得到： 得到：
n0 无应力时模型材料的折射率 各向同性 n1 ( n2 ) 模型材料在σ 1 (σ 2 )方向的折射率 暂时双折射
n1 − n2 = C (σ 1 − σ 2 ) A、B 模型材料的绝对应力光学系数
ϕ
ϕ 则：
σ2
等差线：模型内光程差相同的点所形成的轨迹。 等差线上主应力差值一致。 等差线：模型内光程差相同的点所形成的轨迹。 等差线上主应力差值一致。
δ = Cd (σ 1 − σ 2 ) = Nλ 等差线条纹级数 N = 0,1,2, L 例：纯弯曲梁
（ 光程差相同点的轨迹。 光学） 光程差相同点的轨迹。 光学） 等差线定义： 等差线定义： 主应力差相同点的轨迹。 力学） 主应力差相同点的轨迹。 力学） （
u3 A
ϕ I = Ka sin 2ψ sin σ2 2 讨论： 讨论： I = 0 （模型上点是黑暗情况） 模型上点是黑暗情况） 1、 sin 2ψ = 0 重合。 、 ψ = 0°,90° 即 P 与 σ 1 或 σ 2 重合。
2 2 2
P
ψ
σ1
θ π 2、 、 sin = 0 则： = δ = Nπ 即： δ = Nλ 2 2 λ 光程差为波长的整数倍
§10-2 光学基本知识
一、平面偏振光和圆偏振光 光波 振动方向垂直于传播方向
横波
u = a sin(ω t + ϕ ) 2π u = a sin V t 光速
λ
λ
波长
o
单位： 单位：埃 A
1 A = 10 −8 cm
= 10 −10 m
o
1 nm = 1 0 A
o
自然光：各方向横波组成的光。 自然光：各方向横波组成的光。 各方向的振幅是相同的。 各方向的振幅是相同的。 平面偏振光： 平面偏振光： 将振动方向限制在 某一特定平面内。 某一特定平面内。 二色性晶体
平面应力——光学定律 平面光弹性实验的基础 §10-4 平面应力 光学定律
光程差： 光程差：δ = Cd (σ 1 − σ 2 )
适用的条件： 适用的条件： 1、光线垂直于模型 、 2、平面应力状态 主应力大小不随厚度改变 、 3、弹性范围 、
C 模型材料的应力光学系数 d 模型的厚度
主应力与折射率关系： 主应力与折射率关系：
网络资源： 网络资源：天津大学 http://202.113.13.85/webclass/shyylfx/index.html
光弹性实验方法
1 ． 白光 白光：由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫组成的光。 即可见光全部波长的混合。 其中，红、绿、蓝又称为三原色 常见的白光 白光、白炽灯光都为白光 白光； 白光 白光 白光 白光的平均波长为580nm，与黄光的波长相近。 与 白光 白光可以是自然光 自然光，也可以是偏光。 自然光 2 ． 可见光：正常人眼能见到（感觉）的一段电磁波。即平时所说的 光或光波。 可见光可以是自然光 自然光，也可以是偏光。 自然光 ３ ．单色光：是频率为某一定值或某一窄小范围的光。或波长为某一 定值或某一窄小范围的光。 单色光可以是自然光 自然光，也可以是偏光。 自然光 ４．自然光 自然光：一切由光源发出的光。 自然光 特征：在垂直光波传播方向的平面内各个方向都有等振幅的振动。 自然光 自然光可以是白光 白光，也可以是单色光。 白光 ５．偏振光：自然光 自然光经过某一介质，经过反射、折射、双折射、选择 自然光 性的吸收等作用，改变其振动方向，变成在垂直传播方向的某一固定 方向振动的光波。 偏振光可以是白光 白光，也可以是单色光。 白光 6.人眼对各色光的灵敏度是不均等的，呈正态分布，人眼最敏感的光 是５５０－５６０nm黄绿色光。
第十章 光弹性实验方法的基本原理
§10-1 光弹性实验简介 模型实验 模型材料： 、 模型材料： 1、透光
环氧树脂塑料
2、暂时双折射现象 、
干涉条纹 特点： 特点： 1、试验对象： 模型 、试验对象： 2、试验条件： 实验室 、试验条件： 3、试验结果： 全场应力 、试验结果： 可求危险点、 4、结果直观，可求危险点、应力集中系数 、结果直观， 光弹性实验分析学科的发展： 光弹性实验分析学科的发展： 静载测量 动载测量 常温光弹 热光弹 激光全息 光塑性 计算机图形处理 光弹性 光弹性贴片法： 光弹性贴片法： 实物测量 散射光弹性法： 散射光弹性法： 测三维问题 激光全息光弹： 可测得： 激光全息光弹： 可测得：(σ 1 − σ 2 ) 与 (σ 1 + σ 2 )
快轴
2、隔热玻璃 、 3、滤色片 、 4、准直透镜 、 5、起偏镜 P 、 检偏镜 A
Q
双正交圆偏振布置
慢轴
平行圆偏振布置
漫射光式光弹性仪
毛玻璃
二、仪器的调整
1、调整各镜片的高度；中心线高度应该一致。 、调整各镜片的高度；中心线高度应该一致。 2、调整各镜片的方位；垂直于光路。 、调整各镜片的方位；垂直于光路。 3、调整准直透镜的焦距。 、调整准直透镜的焦距。 正交平面偏振布置： 、 垂直 正交平面偏振布置： P、A垂直 暗场 4、调整起偏镜和检偏镜的偏振轴； 、调整起偏镜和检偏镜的偏振轴； 平行平面偏振布置： 、 平行 平行平面偏振布置： P、A平行 装入四分之一波片 双正交圆偏振布置： 两波片的轴相互垂直。 圆偏振布置 双正交圆偏振布置： 两波片的轴相互垂直。 暗场 5、调整视场镜 、 6、调整加载架 、
平面偏振光的产生： 平面偏振光的产生：
天然二色性晶体： 天然二色性晶体： 电气石 二色性晶体 人造二色性晶体： 人造二色性晶体： 聚乙烯醇 偏振片
二、光的干涉
光强与光波振幅的平方成正比
I = KA 2
产生干涉的条件： 频率相同、振动方向相同、相位关系固定。 产生干涉的条件： 频率相同、振动方向相同、相位关系固定。 相长干涉
}
相互垂直的平面偏振光
受力后，产生光学各向异性。 各向同性材料 受力后，产生光学各向异性。 具有双折射现象，光轴方向与主应力方向重合。 具有双折射现象， 光轴方向与主应力方向重合。 暂时双折射 光弹性效应 人工双折射 当力去除后，双折射现象即消失。 当力去除后，双折射现象即消失。 环氧树脂塑料、玻璃、 环氧树脂塑料、玻璃、聚碳树脂 光轴：光学主轴， 光轴：光学主轴，主折射率方向
四、琼斯矩阵与琼斯算法
E x Ax e iδ x 琼斯矢量 E = = E y A y e iδ y
表1-1 偏振光的琼斯矢量 表1-2 光学元件的琼斯矢量 线性滞后器的琼斯矩阵
椭圆偏振光
e iδ cos 2 θ + sin 2 θ J = iδ (e − 1) sin θ cosθ
光弹性实验.
白光源：由红、橙、黄、绿、青、蓝、 紫七种单色光组成的。
自然光：横波，沿任意方向振动。
双正交圆偏振光场： 在正交平面偏振光中，同时存在着等差线和等倾线。 为了消除等倾线以便获得清晰的等差线图，在两偏振 镜之间加入一对四分之一波片，以形成正交圆偏振光 场,消除等倾线。
正交圆偏振光场布置简图
二、原理
光弹实验
一、实验目的 了解光弹性的原理和特点 了解光弹性仪结构, 掌握光弹性仪的使用方法 观察光弹性模型受力后在偏振光场中的光学效应 测定纯弯曲梁的弯曲正应力
1
光弹仪的基本构成
•光源（包括单色光源和白光光源） •一对偏振镜
•一对四分之一波片
•透镜和屏幕
其装置结构如图所示
•S-光源，G-隔热玻璃，F-滤色片，-准透 镜，P-起偏镜，Q-1/4波片， •O-模型，A-检偏镜，-视场镜，C-屏幕。
•对光弹材料的基本要求 1.质地均匀,透明度好;
2.不受力时的力学性能和光学性能都是各向 同性的,受力时具有双折射性;
3.光学灵敏度高,即条纹值(f=λ /c)要小; 4.外载荷与应变是线性关系; 5.无初始应力; 6.工艺性能好,易于机械加工; 7.容易加工,价格低廉.
1、平面应力-光学定律（附图）
此式（2）具有很高的实 用价值。
3
3
1
自由边界
16
二、原理
2、条纹值的测定（利用对径受压圆盘） 计算 f 的公式：
f 8F N 0 D [ N / mm]
从同一块光弹性材料上割下 两块，分别加工成模型和圆盘。
圆盘用于测定条纹值f。
常用光弹性材料： 1. 聚碳酸脂
F
012345
等差线
2. 环氧树脂
光弹效应实验
光弹效应实验1．前言塑料、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。
但是当他们受到应力的时候，就会变成各向异性而显示出双折射性质，这种现象称为光弹效应。
各向同向的介质在某一方向受压力时，在这个方向上就形成了介质的光轴。
设应力为P ，设这时出现的o 光和e 光的折射率分别为n o 和n e ，则在一定范围内：n o -n e =CP （1）C 为常量。
因此通过的厚度为L 的形变介质时，两偏振光的相位差为：λπλπφ/2/2CPL L n n e o =-=∆）（ （2） 这两束光经过检偏器就产生了偏振光的干涉现象。
我们将看到与应力分布相关的干涉花样。
在白光照射下产生的干涉花样中，彩色的条纹称为等色线，它的疏密情况反映的是应力的大小；黑色的条纹称为等倾线，它反映应力的方向。
我们可以用1/4波片消除等倾线，方法是：在光弹性材料的前后各插入一个1/4波片，两个1/4波片的取向正交，并与两个偏振片成45度。
此时等倾线将消失。
利用光弹效应，提供了一种检测材料应力分布的简单方法，目前已经发展成为一个专门的学科—光弹性学，它为工程设计解决了极其复杂的应力分析问题。
2. 自然光与偏振光理论就偏振性而言，光一般可分为偏振光、自然光和部分偏振光。
光矢量的方向和大小有规则变化的光称为偏振光。
在传播过程中，光矢量的方向不变，其大小随相位变化的光是线偏振光，这时在垂直于传播方向的平面上，光矢量端点的轨迹是一条直线。
圆偏振光在传播过程中，其光矢量的大小不变，方向呈规则变化，其端点的轨迹是一个圆。
椭圆偏振光的光矢量的大小和方向在传播过程中均呈规则变化，光矢量端点沿椭圆轨迹转动。
任一偏振光都可以用两个振动方向相互垂直、相位有关联的线偏振光来表示[5]。
从普通光源发出的光不是偏振光，而是自然光。
自然光可以看成是在一切可能方位上振动的光波的总和，即在观察时间内，光矢量在各个方向上的振动几率和大小相同。
自然光可以用两个光矢量互相垂直、大小相等、相位无关联的线偏振光来表示，但不能将这两个相位没有关联的光矢量合成为一个稳定的偏振光。
光弹
3.位相计算
( N1 N 2 )d 2
2
Cd ( 1 2 )
1 2
Cd ( 1 2 )
光弹性原理(Photoelasity)
平面光弹性
1. 平面应力试件的暂时双折射效应
•不受力时试件呈现光学各向同性 •受力后试件呈现暂时光学各向异性 •卸载后试件再呈现光学各向同性
光弹性原理(Photoelasity)
光弹条纹的观察和判读
1.整数级等差线的观测（暗场）
奇 点 力学特征 点的图象 特征 加载时邻 域图象特 征 各向同性点 源 点 汇 点
1 2 0
永久性黑点 条 纹 向 该点聚集
1 2
永久性黑点 条 纹 向 该点聚集
1 2 max 1 2 min
cos exp i 2 sin exp i 2
光弹性原理(Photoelasity)
Ax Ay A
右 旋
y x 2
E x 滞后 E y 2
A exp i y 2 A exp i y
圆偏振光光路
a)两偏振片的轴一致，两四分之一波片的快轴与快轴重合,暗场； b)两偏振片的轴一致，两四分之一波片的快轴与慢轴重合,明场； c)两偏振片的轴垂直，两两四分之一波片的快轴与慢轴重合,暗场; d)两偏振片的轴垂直，两四分之一波片的快轴与快轴重合,明场.
光弹性原理(Photoelasity)
1.再现原始像光强： 单曝光：
双曝光：
全息光弹(Holo— hotoelasticty)：
双模型法： a) 用人工双折射材料试件得到主应力差分布。 b) 用光学 各向 同性 材料 试件 做全 息双 曝光可 得到 主应 力和 等 值线(等和线)，再现光强为：
光弹实验报告
光弹实验报告光弹实验报告Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】光弹性应⼒测试实验报告指导教师：王美芹学院：班级：学号：姓名：⼀、实验内容与⽬的1．了解光弹性试验的基本原理和⽅法，认识偏光弹性仪；2．观察模型受⼒时的条形图案，认识等差线和等倾线，了解主应⼒差和条纹值得测量；3．利⽤图像处理软件，对等倾线和等差线条纹进⾏处理。
⼆、实验设备与仪器1．由环氧树脂或聚碳酸酯制作的试件模型⼀套；2．偏光弹性仪及加载装置。
三、实验原理光弹性实验主要原理是根据光的这⼀特性：光在各项同性材料中不发⽣双折射，⽽在各向异性的材料中发⽣双折射，且光学主轴与应⼒主轴重合。
模型材料在受⼒前为各向同性材料，受⼒后部分区域变成各向异性，然后再根据光的⼲涉条件可知，在正交平⾯偏振场中，当光程差为波长整数倍时（等差线）或者模型应⼒主轴与偏振轴重合时（等倾线）光的强度为零，相应地显⽰出来的条纹为暗条纹，⽽在平⾏平⾯偏振场中，根据⼲涉条件可知，在正交平⾯偏振场中的暗纹条件恰好为平⾏平⾯偏振场亮纹的条件。
然⽽，等倾线和等差线在⼀个图像上显⽰，难免会使图像不清晰，为了改进实验，我们在实验中把平⾯偏振场改为圆偏振场，这样就可以得到清晰的等倾线，它与平⾯偏振场的区别是在装置的模型两侧分别加了⼀个四分之⼀波⽚，当然了，也可以通过快速旋转正交偏振轴，快到应⼒模型上不同度数等倾线的取代过程⽤⾁眼分辨不出来来消除等倾线的影响。
应⼒模型所使⽤的仪器为偏光弹性仪，由光源(包括单⾊光源和⽩光光源)、⼀对偏振镜、⼀对四分之⼀波⽚以及透镜和屏幕等组成，其装置简图1。
正交时开成暗场，通常调整⼀偏振镜轴为竖直⽅向，另⼀为⽔平⽅向。
当两偏振镜轴互相平⾏时，则呈亮场。
M是四分之⼀波⽚，若把四分之⼀波⽚的快慢轴调整到与偏振⽚的偏振轴成45o的位置，就可以得到圆偏振光场。
（1）平⾯光弹性的应⼒—光学定律光弹性模型使⽤特殊材料制成的，在⼒的作⽤下呈现出双折射现象。
光弹效应实验讲义
目录实验光弹性效应实验 (1)实验光弹性效应实验一: 实验设备光学实验导轨1000mm 1根白光光源（含电源）1台二维+LD（含电源）1台扩束镜1套光弹性材料1块1/4波片2套偏振片2套压力架1个滑块8个透镜1个白屏1块二：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。
各向同向的介质在某一方向受应力时，在这个方向上就形成了介质的光轴。
设应力为P，设这时出现的o光和e光的折射率分别为no和ne ，则在一定的范围内：n o–n e =CPC为常量。
因此通过的厚度为L 的形变介质时，两偏振光的相位差为：L n n e o )(2-=λπφ单色光通过起偏镜后成为平面偏振光 ()t a u ωsin =u 到达第一个1/4波片后，沿波片分解成快、慢轴平面偏振光u1、u2 t a u ω45cos sin 1=︒= t a t a u ωωsin 245cos sin 2=︒=通过1/4波片后，u1、u2相对产生向位差2/π，则成为t a t a u ωπωcos 22sin 2'1=⎪⎭⎫ ⎝⎛+= (沿快轴) t au ωsin 2'2= (沿慢轴)u1、u2合成为圆偏振光。
设受力模型上o 点的主应力1σ的方向与第一个1/4波片的快轴成β角。
当u1、u2入射到模型o 点时，分别沿该点主应力1σ、2σ方向分解为()βωββσ-=+=t au u u cos 2sin 'cos '211 (沿1σ方向) ()βωββσ-=-=t au u u sin 2sin 'cos '211 (沿2σ方向) 通过试片后，1σu 、2σu 相对产生相位差φ，成为()φβωσ+-=t a u cos 2'1()βωσ-=t au sin 2'2 同理，可知经过第二个1/4波片后，公式就成为()()[]ββωβφβωsin sin cos cos 2'3--+-=t t a u (沿慢轴) ()()[]βφβωββωsin sin cos cos 2'4+---=t t au (沿快轴)3'u 、4'u 通过检偏镜后得合成偏振光为())22cos(2sin 45cos ''435φβωφ+-=︒-=t a u u u 当：φβ-︒=45，上式可简化为：⎪⎭⎫ ⎝⎛++=22cos 2sin 5φφωφt a u 如此一来，光通过检偏镜后再次利用光强公式我们可以写成2)2sin (φa K I =如果用光程差∆表示，则由于∆=λπφ2，得2)sin (λπ∆=a K I 很清楚的由公式我们可以看到仅在πλπN =∆，即△= λN (,...2,1,0=N )时才会出现暗点，这也表示利用圆偏振场的确可以消除等倾线对条纹图形的影响。
光弹性原理及实验方法
光弹性方法的特点：
直观、全场测量； 直接测量模型受力后的应力分布，而不是变形分布； 尤其适合理论计算困难、形状和载荷复杂的构件。
4
§3.1 光测弹性法简介
光测弹性法的发展历程： 1816年D.Brewster发现透明介质在应力作用下具有暂时
消去n0，并令C＝A－B，有
C为模型材料的相对应力光学系数
23
§3.3 平面光弹的基本原理
设沿σ1和σ2方向振动的线偏振光在模型内的传播速度分别为v1和v2，模型 厚度为h，则两束线偏振光以不同速度通过模型后产生的光程差为：
代入：
水波是一种机械波，光波是一种电 磁波，但都是横波
7
§3.2 光学基本知识
一、光矢量的振动方程和波动方程
光矢量的振动方程
对于光弹性实验中的光学现象，可以用 光的波动理论加以解释，即认为光是一 种电磁波，其振动方向与传播方向垂直， 用正弦波描述为：
Eo (t ) = a sin (ωt + φ0 )
≅
E 4
K (ε1
− ε2
+ ε3
−ε4 )
接桥（布片方法）
电阻应变片
（应变电阻效应）
电信号（电阻变化）
ΔR 1.灵敏度系数： K = R
ε
2. 横向效应系数： H = KB ×100% KL
( ) 3.
热输出：εT
= αT ΔT K
+
βe − βg
ΔT
光弹性原理及实验方法
2
内容概述
一． 光弹性简介 二． 光学基础知识 三． 平面光弹性基本原理 四． 应力的确定
平面光弹性实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解平面光弹性实验的基本原理和方法。
2. 学习使用光弹性实验装置，观察和记录应力光图。
3. 通过实验验证光弹性原理在应力分析中的应用。
二、实验原理光弹性实验是一种利用光学原理研究材料内部应力的方法。
其基本原理是：当光通过具有应力状态的透明材料时，光线的传播方向会发生改变，这种现象称为光弹效应。
通过观察和分析光弹效应，可以推断出材料内部的应力分布情况。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：- 光弹性实验装置（包括光源、显微镜、照相机等）- 模型材料（透明塑料或玻璃）- 标准模型（如拉伸、压缩、弯曲等）2. 实验材料：- 模型材料：透明塑料板或玻璃板- 荧光染料：用于增强应力光图的可视性四、实验步骤1. 准备实验材料，将模型材料切割成所需形状和尺寸。
2. 在模型材料上涂上荧光染料，增加应力光图的可视性。
3. 将涂有染料的模型材料放置在实验装置中，调整光源和显微镜的位置，使光线能够透过模型材料。
4. 开启光源，调整显微镜，观察并记录应力光图。
5. 根据应力光图，分析模型内部的应力分布情况。
6. 对比标准模型，验证实验结果的准确性。
五、实验结果与分析1. 实验过程中，观察到模型材料在不同应力状态下的应力光图。
2. 通过分析应力光图，发现模型材料在拉伸、压缩、弯曲等应力状态下的应力分布情况。
3. 对比标准模型，实验结果与理论预期基本一致，验证了光弹性原理在应力分析中的应用。
六、实验结论1. 光弹性实验是一种有效的研究材料内部应力的方法。
2. 通过观察和分析应力光图，可以直观地了解材料内部的应力分布情况。
3. 光弹性实验在工程实践中具有重要的应用价值。
七、实验注意事项1. 实验过程中，注意安全，避免受伤。
2. 调整光源和显微镜时，保持操作稳定，避免光线晃动。
3. 实验结束后，清理实验场地，回收实验材料。
八、实验总结本次平面光弹性实验，使我们了解了光弹性原理及其在应力分析中的应用。
通过实验，掌握了使用光弹性实验装置的方法，提高了观察和分析应力光图的能力。
光弹实验讲义课件
光弹实验原理
用光敏物质做成与待分析部件相似的模型，按部件实际受 力情况对模型施加应力。
模型的各受力点产生相应的双折射，即o光与e光折射率no 与ne不同，各点折射率差与该点内应力成正比，即 no -ne = k σ
纵树型叶根
光弹实验
大连理工大学 能源与动力工程实验教学中心
实验目的 实验原理 实验系统 实验内容 思考题
实验目的
利用光弹仪分析部件受到变化的外力时， 其内应力大的变化情况；
利用光弹仪分析部件受到外力时，其内应 力的方向分布情况。
光弹实验原理
双折射是光束入射到一些晶体中，分解为两束光而沿着不同 的方向折射的现象，两束光的传播速度和折射率随振动方向 不同而不同。
四分之一波片：能使透射出来的振动方向沿波片的快、慢轴分解 为互相垂直的两束偏振光，彼此间产生光程差为四分之一波长的 波片
圆偏振光的形成：偏振光的振动平面与1/4波片的快轴或慢轴成 45°夹角时，产生圆偏振光
光弹实验原理
主应力差与光程差有关：
E asint
沿 沿
1方向：E1 2方向：E2
a sin t cos a sin t sin
光弹性效应：有一些光学介质，它们在自然状态下是各向同 性的，没有双折射性质。但当受到机械力作用时，将成为光 学各向异性，出现双折射现象。这种双折射是赞时的，应力 解除后即消失，称之为光弹性效应。
光弹实验原理
并非所有物质都有光弹性效应，我们把具有明显光弹性 效应的物质，如环氧树脂、、玻璃、塞璐珞等称光敏物 质；将光弹性效应微弱的物质，如有机玻璃等称非光敏 物质。
等倾线：模型上某点主应力方向与偏振轴平行或垂直， 各点将产生一条干涉条纹，叫做等倾线
光弹效应实验报告
一、实验目的1. 理解光弹效应的基本原理。
2. 掌握光弹效应实验的操作步骤。
3. 通过实验观察和记录应力与折射率之间的关系。
4. 分析光弹效应在工程中的应用。
二、实验原理光弹效应，又称应力双折射效应，是指介质在受到外力作用时，其折射率发生变化的现象。
当一束单色光通过受力的有机玻璃材料时，由于应力场的存在，光在材料中的传播路径会发生改变，从而导致光束的偏振方向发生变化。
通过观察和分析这种现象，可以研究材料内部的应力分布。
三、实验仪器与材料1. 有机玻璃材料2. 平行光源3. 起偏器4. 检偏器5. 紫外线灯6. 加力装置7. 测量工具（如游标卡尺、螺旋测微器等）8. 记录本和笔四、实验步骤1. 准备实验装置，将有机玻璃材料放置在加力装置上。
2. 调整光源，使平行光束垂直照射到有机玻璃材料上。
3. 使用起偏器使光束成为线偏振光，并使其通过有机玻璃材料。
4. 在有机玻璃材料上施加应力，观察并记录光束通过材料后的偏振状态。
5. 使用检偏器检测偏振光的变化，记录相应的角度和应力值。
6. 重复步骤4和5，改变应力大小，观察并记录不同应力下的光弹效应。
7. 分析实验数据，绘制应力与折射率之间的关系曲线。
五、实验结果与分析1. 实验过程中，当有机玻璃材料受到应力时，光束通过材料后的偏振方向发生了变化。
2. 随着应力增大，光束的偏振方向变化角度也随之增大。
3. 实验结果与理论分析基本一致，验证了光弹效应的存在。
六、讨论与总结1. 光弹效应是研究材料内部应力分布的重要手段，在工程领域具有广泛的应用。
2. 通过本实验，我们了解了光弹效应的基本原理，掌握了实验操作步骤，并观察到了应力与折射率之间的关系。
3. 实验过程中，应严格控制实验条件，确保实验结果的准确性。
4. 在实际应用中，光弹效应可以用于无损检测、材料力学性能研究等领域。
七、参考文献[1] 王金生. 材料光弹效应[M]. 北京：科学出版社，2010.[2] 张永强. 光弹效应实验研究[J]. 激光与光电子学进展，2013，50（3）：1-4.[3] 刘汉生，李永刚. 光弹效应在工程中的应用[J]. 材料导报，2012，26（10）：100-103.。
光弹性实验介绍
光弹性实验方法是一种光学的应力测量方法在光测弹性仪上进行先用具有双折射性能的透明材料制成和实际构件形状相似的模型受力后以偏振光透过模型由于应力的存在产生光的暂时双折射现象再透过分析镜后产生光的干涉在屏幕上显示出具有明暗条纹的映象根据它即可推算出构件内的应力分布情况所以这种方法对形状复杂的构件尤为适用
（1）白光光源下采用正交圆偏振场观察，黑色的 条纹是零级条纹，而其他级次的条纹呈现为彩色。
（2）利用应力分布规律，如模型的自由方角；纯弯曲 梁的中性层；拉应力和压应力的过渡等位置上，必然 是σ ′=σ ″= 0，这些位置出现的等差线必为零级。
确定零级条纹后，其他条纹级次可依据应力分布连续 性原理依次定出。总体规律是：在白光照射下条纹级 数从低向高增加时，各级条纹颜色变化由深向浅。
应力数值。尤其对构件应力集中系数的确定，光弹性试验法显得特别方
便和有效。
光弹性法特点
模型实验（相似关系） 全场显示与分析（反映全场应力分布的
干涉条纹图） 直观性强（应力分布规律由干涉条纹分
布形象地显示）
光弹法基本原理
用某种透明材料制成转头模型，模拟被测 物受力状态，将其放置在偏光场中，通过观察 模型受力后产生的光弹效应来分析应力的方法。
光弹性方法的特点： 1.直接测量应力的大小和方向； 2.可显示全场应力分布，进行全场分析； 3.可测内部应力； 应力冻结法 4.可测三向应力。