光弹实验应用及仪器注意事项

4.1 传统光弹仪

附图4.1 传统光弹实验装置

4.2 光弹性基本知识

自然光：由七种不同波长的光波组成，在垂直于传播方向的平面内各个方向振动。

单色光：自然光中某一种波长的光波。

偏振光：光波被约束在某一特定方向作规则振动。

双折射：光从 种介质进入另种介质（云母、方解石等）分解成两束折射光线（平面偏振光）且波速不同，振动方向相互垂直，称为双折射。

1/4波片：利用双折射现象，调整材料厚度，使两束偏振光射出后的光程差为1/4波长，这种光学元件称为1/4波片。

圆偏振光：当偏振光的振动方向与1/4波片的两个光轴成45度角通过时，就形成圆偏振光。

暂时双折射：在偏振光照射下，某些材料（如环氧树脂等）在其内部有应力作用时会出现双折射现象，应力消失，双折射现象也消失，称为暂时双折射。

附图4.2 双折射现象

附图4.3 偏振现象

附图4.4 双折射光路示意图

应力光学定律：

R＝Ch（σ1－σ2）

式中：R——光程差；

C 光学系数，与材料有关；(www.xing528.com)

h 试样厚度；

σ1、σ2——两个主应力。

此式表明，当一束平面偏振光垂直入射一个受力光学平板模型时，它沿两个主应力方向分解为两束平面偏振光，由于这两束平面偏振光在平板模型内传播速度不同，它们通过平板后产生的光程差R与平板厚度h及两个主应力差（σ1－σ2）之积成正比。

4.3 平面模型在平面偏振光下的光学效应

等差线条纹：白光时除了0级其他条纹均为彩色，单色光时各级条纹为黑色。

物理意义：σ1、σ2为同一点处主应力；n为条纹级数（1，2，3⋯）；f为材料条纹值（单位：N/mm），h为试样厚度。

等倾线条纹：代表了各点的主应力方向其角度θ为主应力方向与X轴的夹角。P-P轴垂直，A-A轴水平时，得到的等倾线为0度等倾线。反时针同步转动起、检偏镜，可得到0°～90°等倾线。等倾线为黑色条纹。在圆偏振光场下等倾线消失。

附图4.5 各种光弹实验

4.4 光弹在工程中的应用

附图4.6 螺栓应力分析

附图4.7 双向拉伸

附图4.8 齿轮接触应力分析

4.5 仪器使用注意事项

（1）严格避免用手触摸仪器的各光学镜面。

（2）光学镜面上的灰尘和污渍要用专用工具清除。

（3）给试样加载时要缓慢，并注意不要过载。