光弹性应力分析 实验报告

1、光弹性应力分析实验总结光弹性应力分析实验总结小组：第五组组长：李振邦 组员：林长雨 原永铭 宿绍勋 周娇指导老师：汪小明光弹性应力分析光弹性应力分析0101020203030404实验目的实验目的实验仪器实验仪器实验原理实验原理实验步骤实验步骤0101020203030404实验目的实验目的实验仪器实验仪器实验原理实验原理实验步骤实验步骤0101020203030404一、实验目的：一、实验目的： 1 、了解光弹仪的使用方法 2 、了解等倾线和等差线的产生，观察材料的等倾线 3 、利用平面偏振场中的光弹性效应测量给定材料条纹值f 4 、自行设计一个受拉试件，一个受压试件，分别观察当拉（压）力渐

2、变时其在暗场下的等差线 5 、分别求上述试件某些特殊点的应力集中系数实验目的实验目的实验仪器实验仪器实验原理实验原理实验步骤实验步骤0101020203030404实验目的实验目的实验仪器实验仪器实验原理实验原理实验步骤实验步骤0101020203030404实验目的实验目的实验仪器实验仪器实验原理实验原理实验步骤实验步骤0101020203030404实验目的实验目的实验仪器实验仪器实验原理实验原理实验步骤实验步骤0101020203030404某些高分子材料(环氧树脂、聚碳酸脂等)具有暂时双折射效应 ，制成与实物形状和尺寸几何相似的模型，并且给模型施加与实物相似的载荷，在特定的偏振光场中观

3、察，模型中出现与应力有关的干涉条纹。依照光弹性原理，可以算出模型内各点的应力大小和方向，实物的应力可依据相似理论换算得到。实验目的实验目的实验仪器实验仪器实验原理实验原理实验步骤实验步骤实验原理实验原理偏振片偏振片2有机玻璃模型偏振片1施压应力双折射显示的偏振光干涉条纹应力双折射显示的偏振光干涉条纹施压方向形成光轴施压方向形成光轴双折射与应力成正比双折射与应力成正比用于应力分析研究用于应力分析研究应力双折射应力双折射机械应力作用产生的各向异性机械应力作用产生的各向异性 光弹性效应光弹性效应0101020203030404实验目的实验目的实验仪器实验仪器实验原理实验原理实验步骤实验步骤01010

4、202030304041 1、认识光弹性仪。、认识光弹性仪。 观察实物光弹仪的各个部分，了解其名称和作用。观察实物光弹仪的各个部分，了解其名称和作用。2 2、平面偏振光场的布置、平面偏振光场的布置 将二偏振镜轴正交放置，开启单色钠光光源，然后单独旋转检偏镜，将二偏振镜轴正交放置，开启单色钠光光源，然后单独旋转检偏镜，同时观察平面偏振光场光强变化情况，并正确布置出正交和平行两种平面同时观察平面偏振光场光强变化情况，并正确布置出正交和平行两种平面偏振光场。偏振光场。3 3、等倾线和等差线的观察、等倾线和等差线的观察 调整加力装置，分别放入矩形模型横梁使之受力，逐渐加载，观察等调整加力装置，分别放入

5、矩形模型横梁使之受力，逐渐加载，观察等倾线、等差线的形成，转动电子秤下的手柄使起偏镜、检偏镜同步回转，倾线、等差线的形成，转动电子秤下的手柄使起偏镜、检偏镜同步回转，同时观察等倾线的特点，最后拍下对径受压矩形横梁同时观察等倾线的特点，最后拍下对径受压矩形横梁0 0、1515、3030、4545、6060、7575的等倾线图。的等倾线图。4 4、在正交平面偏振场中加入两片四分之一波片。、在正交平面偏振场中加入两片四分之一波片。 先将一片四分之一波片放入并转动使之成暗场，然后转动先将一片四分之一波片放入并转动使之成暗场，然后转动4545，再将，再将另一四分之一波片放入并转动使再成暗场，即得双正交圆

6、偏振光场。此时另一四分之一波片放入并转动使再成暗场，即得双正交圆偏振光场。此时等倾线消除，在钠光光源下，观察等差线条纹图，分析其特点。再单独旋等倾线消除，在钠光光源下，观察等差线条纹图，分析其特点。再单独旋转检偏镜转检偏镜9090，则为平行圆偏振光场，观察等差线得变化情况。，则为平行圆偏振光场，观察等差线得变化情况。 5 5、测定模型材料的条纹值、测定模型材料的条纹值 从前面应力差公式可以看出，只要知道材料的条纹值和等差线级数从前面应力差公式可以看出，只要知道材料的条纹值和等差线级数N N，模型中的任一点的主应力差值就可算出。我们采用矩形截面纯弯曲梁实，模型中的任一点的主应力差值就可算出。我们

7、采用矩形截面纯弯曲梁实验确定材料的条纹值。矩形截面梁在弯矩验确定材料的条纹值。矩形截面梁在弯矩MM作用下，根据光弹性实验的等作用下，根据光弹性实验的等差线图测得纯弯曲段邻近上下边缘某整级数条纹差线图测得纯弯曲段邻近上下边缘某整级数条纹N N之间的距离之间的距离H0H0。实验目的实验目的实验仪器实验仪器实验原理实验原理实验步骤实验步骤具体实验内容实验一 测定条纹值条纹级数条纹级数n电子秤示数电子秤示数m(kg)条纹值条纹值条纹值平均数条纹值平均数18.955.85*1035.72*103216.65.42*103324.005.66*103434.705.67*103544.455.81*103

8、653.505.83*103761.805.77*103实验数据处理实验数据处理实验二 等倾线的观测1、实验目的：记录等倾线的图像；2、实验原理：建立一个平面偏振场；首先反复同步转动起偏镜和检偏镜，观察等倾线移动的大致规律；然后从=0开始，单方向方向同步转动PA镜，一般每隔510绘制一条等倾线并标明度数，到90为止。3、实验器材：光测弹性仪、聚碳酸酯模型、打磨工具、尺子、照相机；4、实验步骤及注意事项：（1）实验准备（调节正交平面偏振暗场）：打开钠光源，旋转检偏镜，使标记指向镜框分度盘上90 度位置，分别旋转两块四分之一玻片，使标记指向0度。（2）调节试件高度，使模型刚好夹在试件中间且不受力，

9、且平面偏振光垂直通过模型。（3）在观测者的指挥下缓慢加外力至出现条纹变化。（不必加太大的外力）（4）旋转同步旋钮，分别在0度、22.5度、45度、67.5度、90度处拍照，记录模型的等倾线。0度22.5度45度67.5度90度 1、实验目的：、实验目的：测量模型某点的应力集中系数，即测量模型某点的应力集中系数，即K值；值；2、实验原理：、实验原理：公式如下：公式如下： 平均平均 =p/s; K= -/平均平均 ；其中，其中，- 偏振光入射点处平面应力状态的两个主应力；偏振光入射点处平面应力状态的两个主应力；平均平均偏振光入射点处平面应力状态的平均主应力；偏振光入射点处平面应力状态的平均主应力；

10、=0;P所加外力大小，所加外力大小，P=m*g；t模型宽度；模型宽度；g9.8m/s2 。s横截面面积，横截面面积，s=l*t；l横截面长；横截面长；（3、实验器材：、实验器材：漫射光式光测弹性仪、聚碳酸酯模型、尺子、打磨工具、照相机等；漫射光式光测弹性仪、聚碳酸酯模型、尺子、打磨工具、照相机等；4、实验步骤及注意事项：、实验步骤及注意事项：（1）实验准备（调节正交圆偏振暗场）：打开钠光源，旋转检偏镜，使标记指向镜框分）实验准备（调节正交圆偏振暗场）：打开钠光源，旋转检偏镜，使标记指向镜框分度盘上度盘上0度位置；分别旋转两块四分之一玻片，使标记指向度位置；分别旋转两块四分之一玻片，使标记指向4

11、5度，形成度，形成 “正交圆偏振暗场正交圆偏振暗场”；（2）测量模型宽度）测量模型宽度t，测量位置附近横截面长度，测量位置附近横截面长度l，（3）调节试件高度，使模型刚好夹在试件中间且不受力，且平面偏振光垂直通过模型。）调节试件高度，使模型刚好夹在试件中间且不受力，且平面偏振光垂直通过模型。（4）调节电子秤的）调节电子秤的“去皮去皮”按钮进行清零。当模型中按钮进行清零。当模型中x变成暗点时，调节外力，找到暗点变成暗点时，调节外力，找到暗点最清晰时的外力（记录电子秤示数最清晰时的外力（记录电子秤示数m）并做记录，此时）并做记录，此时n=2，再依次施加外力连续测量，再依次施加外力连续测量并做记录。

12、并做记录。5.数据处理数据处理l=8.5cm；h=0.6cm; f=5.72*103N/m;条纹级条纹级数（数（n）显示器显显示器显示力的大示力的大小（小（N）主应力主应力（Pa）平均应平均应力力（Pa）应力应力集中集中系数系数k平均平均应力应力集中集中系数系数n=21401.91*1062.71*1057.046.29n=43353.81*1066.49*1055.87n=64955.72*1069.59*1055.96由于测量数据太少，导致由于测量数据太少，导致K值有一定的偶然性存在。四星模型太小，导致值有一定的偶然性存在。四星模型太小，导致条纹分布过于密集，不易识别，导致了一定误差。条纹

13、分布过于密集，不易识别，导致了一定误差。1、实验目的：、实验目的：测量模型某点的测量模型某点的K值；值；2、实验原理：、实验原理：公式如下：公式如下：主应力：主应力：=n*f/h平均应力：平均应力： 平均平均=p/s; K= / 平均平均=0；P所加外力大小，所加外力大小，P=m*g；h模型宽度；模型宽度；g9.8m/s2 。s横截面面积，横截面面积，s=l*h；l横截面长；横截面长；3、实验器材：、实验器材：漫射光式光测弹性仪、聚碳酸酯模型、尺子、打磨工具、照相机等；漫射光式光测弹性仪、聚碳酸酯模型、尺子、打磨工具、照相机等；4、实验步骤及注意事项：、实验步骤及注意事项：（1）小组分工：李振

14、邦负责仪器调整，林长雨负责拍照，原永铭负责加外力，）小组分工：李振邦负责仪器调整，林长雨负责拍照，原永铭负责加外力，宿绍勋负责观测，周娇负责数据记录；宿绍勋负责观测，周娇负责数据记录； （2）实验准备（调节正交圆偏振暗场）：打开钠光源，旋转检偏镜，使标记）实验准备（调节正交圆偏振暗场）：打开钠光源，旋转检偏镜，使标记指向镜框分度盘上指向镜框分度盘上0度位置；分别旋转两块四分之一玻片，使标记指向度位置；分别旋转两块四分之一玻片，使标记指向45度，度，形成形成 “正交圆偏振暗场正交圆偏振暗场”；（3）测量模型宽度）测量模型宽度h，测量位置附近横截面长度，测量位置附近横截面长度l，（4）调节试件高度

15、，使模型刚好夹在试件中间且不受力，且平面偏振光垂直）调节试件高度，使模型刚好夹在试件中间且不受力，且平面偏振光垂直通过模型。通过模型。（5）调节电子秤的）调节电子秤的“去皮去皮”按钮进行清零。按钮进行清零。（6）设光入射到模型上某一点）设光入射到模型上某一点X，在观测人指挥下，施力人有节奏地加外力，在观测人指挥下，施力人有节奏地加外力（注意：所有人应远离模型两侧，以免模型弹出伤人）。当模型中（注意：所有人应远离模型两侧，以免模型弹出伤人）。当模型中X变成暗点变成暗点时，调节外力，找到暗点最清晰时的外力（记录电子秤示数时，调节外力，找到暗点最清晰时的外力（记录电子秤示数m）并做记录，此）并做记录

16、，此时时n=1；继续加外力连续测量并做记录。；继续加外力连续测量并做记录。5、实验数据记录及初处理 h=0.006m; l=0.032m;条纹级数条纹级数n材料条材料条纹值纹值f所加外所加外力力p主应力主应力平均平均kK平均平均25720901.91*1064687504.075.641353.81*1067031255.4261755.72*1069114586.2882207.63*1061.15*1066.63未加力n=2n=4n=6n=8误差分析误差分析在主应力为在主应力为0时，试件已经出现条纹时，试件已经出现条纹 分析原因：可能在试件的制作或者实验前试件安装的过程中，受到超过了试件承

17、受范围内的力，使试件永久性不可恢复变形，结果导致在主应力为零时，就已经出现条纹，产生误差。 总结：今后做实验要保护好试件，避免遭到破坏，产生误差分析总结由拍下的照片及数据表格分析可得：由拍下的照片及数据表格分析可得： 尖端比圆弧的受力能力要小的多，条纹更密集，力加到一尖端比圆弧的受力能力要小的多，条纹更密集，力加到一定值越容易断裂损坏。定值越容易断裂损坏。 所以，在进行工程设计时，尽量将零件或工程设计成光滑所以，在进行工程设计时，尽量将零件或工程设计成光滑的圆弧状。的圆弧状。 在汪老师的指导下，通过光弹性应力分析实验课程的学习，我受益匪浅。在汪老师的指导下，通过光弹性应力分析实验课程的学习，我

18、受益匪浅。课堂讲解与实践的并行下，既学到了知识又能学以致用。尤其是在实验当中，课堂讲解与实践的并行下，既学到了知识又能学以致用。尤其是在实验当中，我们小组团结合作，组内成员合理分工，各司其职，在实践中发现问题并共同我们小组团结合作，组内成员合理分工，各司其职，在实践中发现问题并共同探讨解决问题。理论课堂上似懂非懂的一些问题通过自身的动手实践，和组内探讨解决问题。理论课堂上似懂非懂的一些问题通过自身的动手实践，和组内成员的探讨，跟其他组的交流以及与老师的讨论中很好的解决。通过自己设计成员的探讨，跟其他组的交流以及与老师的讨论中很好的解决。通过自己设计模型，使得实验与生活相结合，培养了我们自己的创新与想象能力。当然，在模型，使