第二章光弹性实验方法3学时223MB.ppt

航空发动机强度振动测试技术(Measurement Technology of Strength and Vibration for Airengine) 马艳红 TelMail：mayanh2002@163.com 航空推进系 第二章 光弹性实验方法 2.0 光弹性概述 基本原理、特点、发展 2.1 实验方法的基本原理 2.1.1 光学基础知识和实验装置 2.1.2 平面光弹性的应力－光学定律 2.1.3 平面偏振布置中的光弹性效应 2.1.4 圆偏振布置中的光弹性效应 2.2 等差线 2.2.1 白光下的等差线 2.2.2 等差线的观测 2.3 等倾线 2.3.1 等倾线的特征 2.3.2 等倾线的绘制 2.3.3 主应力的判别 2.4 本章小结 2.0 光弹性概述 是一种光学的应力测量方法。 平面光弹性研究构件处于平面应力状态的应力大小和分布。 2.0 光弹性概述 2.0.1光弹性基本原理 制作光学模型 采用具有双折射性质的透明非晶体材料 几何相似 载荷相似 置于偏振光场中 干涉条纹图－模型边界和内部各点的应力情况 光弹性原理－计算模型各点应力的大小和方向 换算得到试件的应力 相似理论 2.0.2 光弹性特点 直观性强 可以直接观察和获得零件的应力分布情况 不仅可以解决二维问题，也可解决三维问题。 2.0.3 光弹性方展 已有百年历史 方法不断扩展 与计算机相结合，应用光电元件，光信号→电信号，输入计算机处理后直接给出应力分布。 2.1 光弹性实验方法的基本原理 2.1.1 光学基础知识和实验装置 2.1.2 平面光弹性的应力－光学定律 2.1.3 平面偏振布置中的光弹性效应 2.1.4 圆偏振布置中的光弹性效应 2.1.1 光学基础知识和实验装置 光波 光本性解释的两种学说 波动理论 光是一种电磁波，它的振动方向垂直与传播方向，是一种横波。 数学描述： 量子理论 2.1.1 光学基础知识和实验装置 自然光 由无数个互不相干的波组成，在所有可能的方向上振幅都相等。 双折射 光波射入到各向异性的晶体，一般会分解为两束折射光线，这种现象称为～。 2.1.1 光学基础知识和实验装置 平面偏振光 在光波在垂直于传播方向的平面内，只在某一个方向振动，而且光波沿传播方向上所有点的振动均在同一平面内。 产生：通过某种的器件的反射、折射和吸收，仅让自然光中某一振动方向的分量射出而得到。如：聚乙烯醇薄片 2.1.2 平面光弹性的应力－光学定律 2.1.1 光学基础知识和实验装置 圆偏振光 平面偏振光SP 、S1、S2 当 时 光路上任一点合成光矢量末端轨迹符合此方程的偏振光称为～。 合成光矢量末端轨迹是一条旋转线，其在S1OS2平面投影是一个圆。 实现－1/4波片 适当选择薄片的厚度使相位差π/2，相当于光程差λ/4，故称～。 2.1.1 光学基础知识和实验装置 实验装置 平行式光弹仪 2.1.2 平面光弹性的应力－光学定律 数学描述 模型M上任一点主应力与其折射率的关系为： n1、n2：受力模型分别在主应力方向上的折射率 n0：模型未受力时的折射率 C1、C2：模型材料的绝对应力光学系数 2.1.2 平面光弹性的应力－光学定律 数学描述(续) 2.1.2 平面光弹性的应力－光学定律 应力－光学定律 当一束平面偏振光垂直入射模型时，必定沿受力点的主应力方向分解成两个平面偏振光。由于这两个平面偏振光在模型内的传播速度不同，它们通过模型后所产生的光程差R与模型的厚度d和主应力差（σ1－σ2）之积成正比。 光弹性方法的实质 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。 第五次课2007.10.24 2.1.3 平面偏振布置中的光弹性效应 在平面偏振光装置上，用光的干涉的方法来测定光程差R或相位差α。 1 光的干涉 两束光波通过一点，使其明暗发生变化的现象称为～。 人眼对明暗的感觉决定于光强（I=kA2）。 只有相干光才能发生光的干涉 频率相同 在相遇点有固定的相位差 在相遇点有相同的振动方向 2.1.3 平面偏振布置中的光弹性效应 2 光弹效应 2.1.3 平面偏振布置中的光弹性效应 2 光弹效应 由检偏镜后面观察到便是～现象。 透过见偏境的光强为： 光程差α 主应力方向与检偏镜光轴的夹角θ 注意：起偏镜光轴与检偏镜的光轴正交。 2.1.3 平面偏振布置中的光弹性效应