材料力学主要测试方法PPT课件

•看演示（用单色光）
等差线级数
• 当等差线条纹级数n=0,1,2,······ 都满足消光 条件，幕上都呈黑线。
• 确包的定 括 连σ条 续1纹 性＝级 ，σ2数 等＝的 差0 关线和键不σ1仅—＝是— σ2连找≠0续出，的零由，级于条，应纹即力级σ1分数＝布的σ2 变化也是连续的，只要确定了零级，则依次一 级，二级也就能确定了。
检偏器
2I0
I0
I I0
P1// P2
2I0
P1
I0
P2
I 0
一般情况下 I = ？
P1 P2
•先请大家看一个演示实验（明场和暗场）
椭圆偏振光和圆偏振光
光矢量在垂直于光的传播方向的平面内，按一定频率旋转 (左旋或右旋)。如果光矢量的端点轨迹是一个椭圆，这种光叫 做椭圆偏振光。如果光矢量端点轨迹是一个圆，这种光叫做圆 偏振光，如图所示。这相当于两个相互垂直的有确定相位关系 的振动的合成。
起偏镜——把来自光源的自然光变成平面 偏振光
检偏镜——用来检验光波通过的情况 正交平面偏振布置——起偏镜与检偏镜的
偏振轴互相垂直放置 平行平面偏振布置——起偏镜与检偏镜的
偏振轴互相垂直放置 正交平面偏振布置时，观察到的光场为暗
场 ；平行平面偏振布置，此时，观察到 的光场为亮场。
四分之一波片
产生圆偏振光。第一块四分之一波片的快、 慢轴与起偏镜偏振轴成45°角，从而把来 自起偏镜的平面偏振光变为圆偏振光。 通过这块波片快轴的光波较慢轴的领先 四分之一波长。第二块四分之一波片的 快轴和慢轴恰好与第一块四分之一波片 的快、慢轴正交，因而可以抵消第一块 波片所产生的相位差，将圆偏振光还原 为自起偏镜发出的平面偏振光
•暂时双折射：模型受力后，平面偏振光通过
此模型时，沿两主应力方向分解为两支平 面偏 振光，传播速不同，产 生光程差。
二、平面应力——光学定律：
1
平 面
2
偏
振
光
2
1
D
平面偏振光通过受力模型
1.折射率： n1n0A 1B 2 n2n0A2B1
n 1 n 2 C ( 1 2)
C——模型材料的应力光学系数。
材料力学主要测试方法
常用的实验方法：
机械 电测 光测
常见的光测实验方法
光弹性法，云纹干涉法， 数字(电子)散斑法等。
光测法的传感元件
机械变量
物 体 本 身 的 光 学 特征 附 加 光 学 传 感 元 件
光参量
光测与电测
光弹性实验和电测实验相比 则具有全场分析和直观性的 特点。
• 自然光——普通光源发出的光。
上式表明，当模型中某点的主应力差值为f/t的整数倍 时，则此点在模型上呈黑点，当主应力差为f/t的某同一 整数倍的各个暗点，构成连续的黑线称为等差线（在此 线上各点的主应力差均相等）
区分等倾线与等差线
a、反复加载，等倾线不变，等差线改变。
b、同步旋转起偏镜与检偏镜，等倾线改变， 等差线不变。
c、凭经验，等倾线较粗（一片黑），等差 线较细（一条线）。
① I=0，这与实际情况不符，因为只有在 无光源时I才会是零。
②δ=0，由公式 c(t12) 可
知σ1=σ2，符合这些条件的点称为各向 同性点。如果σ1=σ2=0则称为零应力点， 这种点在模型上皆为黑点（因为光强等 于零），例如纯弯曲梁上中性轴上各点 ==0，故模型中性层处为一条黑线。
③sin(2 θ)=0，
• 确定零级的方法：用白光作光源，零级等差线 在白光中总是呈黑色的，并且只有零级等差线 才呈黑色。同一颜色必定是同级等差线，按颜 色来就能确定级数了，这时的等差线又称为等 色线。
• 在使用单色光源时，等倾线与等差线都呈黑色， 不易辨认，为了消除等倾线以获得清晰的等差 线图，在光弹性仪两偏振镜之间装上二块1／4 波长片，形成圆偏振光场，则光强为
1、用偏振片获得
偏振片
线偏振光
偏振化方向
Z
2、用双折射法获得偏振光
A
B
o
e D
C
oe
O光（寻常光）——遵守折射定律 e光（非常光）——不遵守折射定律
在上述获得线偏振光的方法中, 以偏振片法获得线偏振光最为常用.
其中主要是利用偏振片做起偏器和检偏器
偏振片
用偏振片获得偏振光 是最实用的一种方法
Z
起偏器
正交圆偏振光场——1/4波片快慢轴45。
平面偏振场中的光强：
光源
1
P
2
f
A
O
检偏镜
模型 起偏镜
受力模型在正交平面偏振布置中
• 光经起偏镜后的强度：
II0si22 nsi2c n (t12)
其中变量： θ──模型上任一点σ1与检偏镜偏振轴夹角。 σ1-σ2 ——模型上任一点应力差。
光强I为零时有以下四种情况 ：
y
y
x
x
右旋圆 偏振光
右旋椭圆 偏振光
规定：迎着光线看（对着光的传播方向）， 光矢量顺时针转的称右旋圆偏振光 （或椭圆偏振光）；
光矢量逆时针转的称左旋圆偏振光 （或椭圆偏振光）。
光弹性法的原理及应用
一、光测原理：
e
1.永久双折射：
o
2.暂时（人工）双折射：
光射入各向异性体产生的双折射
•光弹性实验——采用具有双折射性 能的透明塑料制成与实物相似的模 型，在载荷作用下，用偏振光照射 获得干涉条纹图，这些条纹指示了 模型边界和内部各点的应力情况， 通过计算便能得出构件的应力分布 规律
2.光程差与主应力差σ1-σ2及模型厚度t成正比即：
c(t12)
t —— 模型厚度。 （σ1-σ2）—— 某点的主应力差。
光弹性实验仪的光路图
平圆
平 面偏
行 光
偏 振
振 光
光
圆平 偏面平 振偏行 光振光
光
反 光 镜
光 源
准 光 镜
起 偏 镜
¼
波 片
模 型
¼
波 片
检成 偏像 镜透
镜
屏 幕
起偏镜与检偏镜
• 偏振光——光矢量沿某一特定方向
振动。
自然光——普通光源发出的光。 自然光的特点:
X
（1） 在垂直光线的平面内，光矢量沿各
方向振动的概率均等.
Y
Z （2）可以看成由两个振动方向 相互垂直，
u振幅相等，互不相干的线源自振光的叠加。• • • • • • • •
I Ix Iy
Ix
Iy
1I 2
二、平面偏振光的获得
得θ=(n×π/2) (n=0,1,2,3……)这说明模型上某点主应 力方向与偏振镜光轴重合，模型上也呈黑点，这类黑点 构成的连续黑线称为等倾线，等倾线上各点的主应力方 向都相同，而且偏振镜光轴的方向也就是主应力的方向。
④
令c f(=t1 λ /c为2 材)料 条n 纹值即 ，该值1可 ： 用2 实 验n c 方 法tn 测tf 定 。NF