现代力学测试技术-光测部分.pdf

第 1 章 平面光弹性 §1-1 基本概念 把光弹性平面模型放在光弹性仪器中，使其受力，观察其受力后发生的现象。模型受力 后，在白光光源照射下，出现了漂亮的、红红绿绿的，并按一定色序排列的彩色条纹，若换 单色光为光源，如钠光灯发出的黄色光（仪器上附有的），结果是刚才的彩色条纹不见了， 取而代之的是出现了黑白相间的条纹。我们把这些彩色条纹（白光光源），或黑白条纹（单 色光光源）通称为等色线或等差线，把这种条纹图称为应力光图。这些条纹不管是白色的或 是彩色的，都是按一定级序排列的。如级数为 0、1、2 、……顺次排列的。关键的问题是首 先找出 0 级，然后靠近 0 级的为 1 级，顺次为 2 级，3 级……以此类推下去。光弹性实验中 要求会辨认条纹的级次。 为了了解条纹所表示的物理意义和条纹级序的排列，现把一已知应力分布的典型受力的 模型试件进行光弹性实验。例如，用一简支梁模型实验来观察。梁上作用两个对称荷载，以 使梁的中段部分承受纯弯曲，如图 1-1 所示。实验时，观察梁纯弯曲段内条纹变化的现象。 图 1-1 梁中段承受纯弯曲图 图 1-2 纯弯曲梁等差线照片（自上而下abcd） 一、单色光源 没有荷载时，模型全部黑暗，如图 1-2 （a ）所示。逐渐增加荷载后，梁的上下边界首先 变亮，如图 1-2 （b ）所示。继续增加荷载，边界变至最亮后又由亮变暗，以致出现了一条 黑线，并逐渐向梁中部原有的一条水平黑线靠近，且逐渐变细，如图 1-2 （c ）所示。而梁中 部的水平黑线的黑色一直不变，仅逐渐变细，这种不随荷载大小变化，始终呈黑线（或黑点） 的条纹称为零线（或零点），就是零级，即条纹的序数为零。上下边界上出现的第一条黑线 即靠近梁中部水平零级条纹的黑线，就称为第一级。计数条纹时，首先要找出零级，靠近零 级的为一级，依次为二级、三级……顺次数下去。例如图 1-2 （d ）中靠近边界的黑色条纹 是第二级。随着荷载逐渐增大，条纹则逐渐向梁中部的零级靠拢，且条纹逐渐变细和变密。 由此可见，条纹的疏密与荷载的大小有关，亦即与模型内产生的应力的大小和应力梯度有关。 条纹越稀，应力变化越缓慢，条纹越密，应力变化越大。所以，在应力集中的部位，条纹总 是较密的。对于条纹较密的地方，应予特别注意。 二、白光光源 现在改用白光光源来观察，其他条件不变。当没有荷载时，模型全部呈黑暗。逐渐增加 荷载后，梁的上下边界开始变色，随着荷载的增加，依次为黄、红、（蓝）、绿的颜色（蓝色 不易看清），且逐渐向梁中部的水平黑线靠近。梁中部的一条水平黑线却一直不变，仍为黑 线，这就是零级。靠近零级的黄、红、（蓝）、绿的条纹为第一级。继续加载，梁的边界又继 续按黄、红、（蓝）、绿的颜色顺序作第二次循环变化，是为第二级，但颜色却比第一级浅淡。 再继续加载，按颜色循环变化的顺序，三级、四级……依次数下去。大约在三级以后，黄、 蓝二色几乎看不出，只有红、绿色可辨。但十分明显，在梁的同一高度上，条纹的颜色却是 相同的，即形成的条纹是水平的。条纹随荷载的增加而变密，颜色却随条纹级数的增加而变 淡，在梁的边界上是最淡的。所以，根据颜色的深浅很容易辨认出条纹级次的高低，这是使 用白光光源是的最大优点。黑色之处永远是零级，按黄、红、（蓝）、绿顺序为级次升高，反 之为级次降低。计数时，以红绿色交界处作为划分级次界限。 由以上实验现象，还说明了一个重要的实质性问题，在试件内出现的同一颜色（白光光 源）或同一亮度（单色光光源）的线上或区域内所产生的最大剪应力的数值是相等的，即     或    max