实验力学- 光弹部分

光弹效应实验1．前言塑料、玻璃等非晶体在通常情况下是各向同性而不产生双折射现象的。

但是当他们受到应力的时候，就会变成各向异性而显示出双折射性质，这种现象称为光弹效应。

各向同向的介质在某一方向受压力时，在这个方向上就形成了介质的光轴。

设应力为P ，设这时出现的o 光和e 光的折射率分别为n o 和n e ，则在一定范围内：n o -n e =CP （1）C 为常量。

因此通过的厚度为L 的形变介质时，两偏振光的相位差为：λπλπφ/2/2CPL L n n e o =-=∆）（ （2） 这两束光经过检偏器就产生了偏振光的干涉现象。

我们将看到与应力分布相关的干涉花样。

在白光照射下产生的干涉花样中，彩色的条纹称为等色线，它的疏密情况反映的是应力的大小；黑色的条纹称为等倾线，它反映应力的方向。

我们可以用1/4波片消除等倾线，方法是：在光弹性材料的前后各插入一个1/4波片，两个1/4波片的取向正交，并与两个偏振片成45度。

此时等倾线将消失。

利用光弹效应，提供了一种检测材料应力分布的简单方法，目前已经发展成为一个专门的学科—光弹性学，它为工程设计解决了极其复杂的应力分析问题。

2. 自然光与偏振光理论就偏振性而言，光一般可分为偏振光、自然光和部分偏振光。

光矢量的方向和大小有规则变化的光称为偏振光。

在传播过程中，光矢量的方向不变，其大小随相位变化的光是线偏振光，这时在垂直于传播方向的平面上，光矢量端点的轨迹是一条直线。

圆偏振光在传播过程中，其光矢量的大小不变，方向呈规则变化，其端点的轨迹是一个圆。

椭圆偏振光的光矢量的大小和方向在传播过程中均呈规则变化，光矢量端点沿椭圆轨迹转动。

任一偏振光都可以用两个振动方向相互垂直、相位有关联的线偏振光来表示[5]。

从普通光源发出的光不是偏振光，而是自然光。

自然光可以看成是在一切可能方位上振动的光波的总和，即在观察时间内，光矢量在各个方向上的振动几率和大小相同。

自然光可以用两个光矢量互相垂直、大小相等、相位无关联的线偏振光来表示，但不能将这两个相位没有关联的光矢量合成为一个稳定的偏振光。

光弹实验报告光弹实验报告Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】光弹性应⼒测试实验报告指导教师：王美芹学院：班级：学号：姓名：⼀、实验内容与⽬的1．了解光弹性试验的基本原理和⽅法，认识偏光弹性仪；2．观察模型受⼒时的条形图案，认识等差线和等倾线，了解主应⼒差和条纹值得测量；3．利⽤图像处理软件，对等倾线和等差线条纹进⾏处理。

⼆、实验设备与仪器1．由环氧树脂或聚碳酸酯制作的试件模型⼀套；2．偏光弹性仪及加载装置。

三、实验原理光弹性实验主要原理是根据光的这⼀特性：光在各项同性材料中不发⽣双折射，⽽在各向异性的材料中发⽣双折射，且光学主轴与应⼒主轴重合。

模型材料在受⼒前为各向同性材料，受⼒后部分区域变成各向异性，然后再根据光的⼲涉条件可知，在正交平⾯偏振场中，当光程差为波长整数倍时（等差线）或者模型应⼒主轴与偏振轴重合时（等倾线）光的强度为零，相应地显⽰出来的条纹为暗条纹，⽽在平⾏平⾯偏振场中，根据⼲涉条件可知，在正交平⾯偏振场中的暗纹条件恰好为平⾏平⾯偏振场亮纹的条件。

然⽽，等倾线和等差线在⼀个图像上显⽰，难免会使图像不清晰，为了改进实验，我们在实验中把平⾯偏振场改为圆偏振场，这样就可以得到清晰的等倾线，它与平⾯偏振场的区别是在装置的模型两侧分别加了⼀个四分之⼀波⽚，当然了，也可以通过快速旋转正交偏振轴，快到应⼒模型上不同度数等倾线的取代过程⽤⾁眼分辨不出来来消除等倾线的影响。

应⼒模型所使⽤的仪器为偏光弹性仪，由光源(包括单⾊光源和⽩光光源)、⼀对偏振镜、⼀对四分之⼀波⽚以及透镜和屏幕等组成，其装置简图1。

正交时开成暗场，通常调整⼀偏振镜轴为竖直⽅向，另⼀为⽔平⽅向。

当两偏振镜轴互相平⾏时，则呈亮场。

M是四分之⼀波⽚，若把四分之⼀波⽚的快慢轴调整到与偏振⽚的偏振轴成45o的位置，就可以得到圆偏振光场。

（1）平⾯光弹性的应⼒—光学定律光弹性模型使⽤特殊材料制成的，在⼒的作⽤下呈现出双折射现象。

目录实验光弹性效应实验 (1)实验光弹性效应实验一: 实验设备光学实验导轨1000mm 1根白光光源（含电源）1台二维+LD（含电源）1台扩束镜1套光弹性材料1块1/4波片2套偏振片2套压力架1个滑块8个透镜1个白屏1块二：实验原理塑料、玻璃等非晶体在通常情况下是各向同性而不产生双折射现象的。

但是当它们受到应力的时候，就会变成各向异性而显示出双折射性质，这种现象称为光弹性效应。

各向同向的介质在某一方向受应力时，在这个方向上就形成了介质的光轴。

设应力为P，设这时出现的o光和e光的折射率分别为no和ne ，则在一定的范围内：n o–n e =CPC为常量。

因此通过的厚度为L 的形变介质时，两偏振光的相位差为：L n n e o )(2-=λπφ单色光通过起偏镜后成为平面偏振光 ()t a u ωsin =u 到达第一个1/4波片后，沿波片分解成快、慢轴平面偏振光u1、u2 t a u ω45cos sin 1=︒= t a t a u ωωsin 245cos sin 2=︒=通过1/4波片后，u1、u2相对产生向位差2/π，则成为t a t a u ωπωcos 22sin 2'1=⎪⎭⎫ ⎝⎛+= (沿快轴) t au ωsin 2'2= (沿慢轴)u1、u2合成为圆偏振光。

设受力模型上o 点的主应力1σ的方向与第一个1/4波片的快轴成β角。

当u1、u2入射到模型o 点时，分别沿该点主应力1σ、2σ方向分解为()βωββσ-=+=t au u u cos 2sin 'cos '211 (沿1σ方向) ()βωββσ-=-=t au u u sin 2sin 'cos '211 (沿2σ方向) 通过试片后，1σu 、2σu 相对产生相位差φ，成为()φβωσ+-=t a u cos 2'1()βωσ-=t au sin 2'2 同理，可知经过第二个1/4波片后，公式就成为()()[]ββωβφβωsin sin cos cos 2'3--+-=t t a u (沿慢轴) ()()[]βφβωββωsin sin cos cos 2'4+---=t t au (沿快轴)3'u 、4'u 通过检偏镜后得合成偏振光为())22cos(2sin 45cos ''435φβωφ+-=︒-=t a u u u 当：φβ-︒=45，上式可简化为：⎪⎭⎫ ⎝⎛++=22cos 2sin 5φφωφt a u 如此一来，光通过检偏镜后再次利用光强公式我们可以写成2)2sin (φa K I =如果用光程差∆表示，则由于∆=λπφ2，得2)sin (λπ∆=a K I 很清楚的由公式我们可以看到仅在πλπN =∆，即△= λN (,...2,1,0=N )时才会出现暗点，这也表示利用圆偏振场的确可以消除等倾线对条纹图形的影响。

第1篇一、实验目的1. 了解平面光弹性实验的基本原理和方法。

2. 学习使用光弹性实验装置，观察和记录应力光图。

3. 通过实验验证光弹性原理在应力分析中的应用。

二、实验原理光弹性实验是一种利用光学原理研究材料内部应力的方法。

其基本原理是：当光通过具有应力状态的透明材料时，光线的传播方向会发生改变，这种现象称为光弹效应。

通过观察和分析光弹效应，可以推断出材料内部的应力分布情况。

三、实验仪器与材料1. 实验仪器：- 光弹性实验装置（包括光源、显微镜、照相机等）- 模型材料（透明塑料或玻璃）- 标准模型（如拉伸、压缩、弯曲等）2. 实验材料：- 模型材料：透明塑料板或玻璃板- 荧光染料：用于增强应力光图的可视性四、实验步骤1. 准备实验材料，将模型材料切割成所需形状和尺寸。

2. 在模型材料上涂上荧光染料，增加应力光图的可视性。

3. 将涂有染料的模型材料放置在实验装置中，调整光源和显微镜的位置，使光线能够透过模型材料。

4. 开启光源，调整显微镜，观察并记录应力光图。

5. 根据应力光图，分析模型内部的应力分布情况。

6. 对比标准模型，验证实验结果的准确性。

五、实验结果与分析1. 实验过程中，观察到模型材料在不同应力状态下的应力光图。

2. 通过分析应力光图，发现模型材料在拉伸、压缩、弯曲等应力状态下的应力分布情况。

3. 对比标准模型，实验结果与理论预期基本一致，验证了光弹性原理在应力分析中的应用。

六、实验结论1. 光弹性实验是一种有效的研究材料内部应力的方法。

2. 通过观察和分析应力光图，可以直观地了解材料内部的应力分布情况。

3. 光弹性实验在工程实践中具有重要的应用价值。

七、实验注意事项1. 实验过程中，注意安全，避免受伤。

2. 调整光源和显微镜时，保持操作稳定，避免光线晃动。

3. 实验结束后，清理实验场地，回收实验材料。

八、实验总结本次平面光弹性实验，使我们了解了光弹性原理及其在应力分析中的应用。

通过实验，掌握了使用光弹性实验装置的方法，提高了观察和分析应力光图的能力。

一、实验目的1. 理解光弹效应的基本原理。

2. 掌握光弹效应实验的操作步骤。

3. 通过实验观察和记录应力与折射率之间的关系。

4. 分析光弹效应在工程中的应用。

二、实验原理光弹效应，又称应力双折射效应，是指介质在受到外力作用时，其折射率发生变化的现象。

当一束单色光通过受力的有机玻璃材料时，由于应力场的存在，光在材料中的传播路径会发生改变，从而导致光束的偏振方向发生变化。

通过观察和分析这种现象，可以研究材料内部的应力分布。

三、实验仪器与材料1. 有机玻璃材料2. 平行光源3. 起偏器4. 检偏器5. 紫外线灯6. 加力装置7. 测量工具（如游标卡尺、螺旋测微器等）8. 记录本和笔四、实验步骤1. 准备实验装置，将有机玻璃材料放置在加力装置上。

2. 调整光源，使平行光束垂直照射到有机玻璃材料上。

3. 使用起偏器使光束成为线偏振光，并使其通过有机玻璃材料。

4. 在有机玻璃材料上施加应力，观察并记录光束通过材料后的偏振状态。

5. 使用检偏器检测偏振光的变化，记录相应的角度和应力值。

6. 重复步骤4和5，改变应力大小，观察并记录不同应力下的光弹效应。

7. 分析实验数据，绘制应力与折射率之间的关系曲线。

五、实验结果与分析1. 实验过程中，当有机玻璃材料受到应力时，光束通过材料后的偏振方向发生了变化。

2. 随着应力增大，光束的偏振方向变化角度也随之增大。

3. 实验结果与理论分析基本一致，验证了光弹效应的存在。

六、讨论与总结1. 光弹效应是研究材料内部应力分布的重要手段，在工程领域具有广泛的应用。

2. 通过本实验，我们了解了光弹效应的基本原理，掌握了实验操作步骤，并观察到了应力与折射率之间的关系。

3. 实验过程中，应严格控制实验条件，确保实验结果的准确性。

4. 在实际应用中，光弹效应可以用于无损检测、材料力学性能研究等领域。

七、参考文献[1] 王金生. 材料光弹效应[M]. 北京：科学出版社，2010.[2] 张永强. 光弹效应实验研究[J]. 激光与光电子学进展，2013，50（3）：1-4.[3] 刘汉生，李永刚. 光弹效应在工程中的应用[J]. 材料导报，2012，26（10）：100-103.。

光弹实验报告范文一、实验目的：1.通过实验观察光弹在空气中的运动规律。

2.测量光弹的实际发射速度。

3.了解光弹的形态特征。

二、实验原理：光弹是一种轻型的抛射物，主要由光能产生的气体压力驱动。

当光弹从枪口发射出去时，由于光弹轻巧，其转动惯量相对较小，因此可以忽略不计。

光弹的发射速度主要由光能的转化效率决定。

三、实验材料与仪器：1.光弹枪：用于发射光弹；2. 光弹：实验中使用的光弹为直径为10mm，质量为0.1g的圆柱形；3.光电探测器：用于测量光弹的实际发射速度。

四、实验步骤：1.将光弹装入光弹枪，并调整光弹枪的角度和弹压，使得光弹能够飞出实验区域；2.将光电探测器放置在实验区域的一侧，并调整其位置，使得光弹飞出后能够被光电探测器接收到；3.准备好计时器，并将其置于实验区域的另一侧；4.开始实验，观察光弹的发射及飞行过程，并通过计时器测量光弹从发射到被光电探测器接收的时间。

五、实验结果与分析：根据实验所得数据，我们可以计算出光弹的实际发射速度。

假设光弹的飞行距离为d，时间为t，则光弹的实际发射速度V可以通过V=d/t计算得出。

同时，通过观察实验过程中光弹的形态特征，我们可以了解光弹的飞行轨迹和旋转情况。

光弹在空气中飞行时，由于空气阻力的存在，其飞行轨迹会逐渐偏离直线，并且受到旋转力矩的作用，光弹会呈现出旋转运动。

六、实验结论：1.光弹的实际发射速度与光弹的飞行距离和时间相关，通过计算可以得到准确的数值。

2.光弹在空气中飞行时呈现出旋转运动，其轨迹逐渐偏离直线。

七、实验总结：通过本次实验，我们观察了光弹在空气中的运动规律，并测量了光弹的实际发射速度。

实验结果与理论预期相符，实验目的顺利完成。

通过实验，我们对光弹的形态特征有了更加深入的了解，对光弹在实际应用中的运用具有一定的参考价值。

同时，在实验中我们也发现了一些不足之处，例如实验过程中光电探测器的位置调整不够精确，可能会对实验结果产生一些误差。

因此，在今后的实验中，我们需要更加仔细地进行实验准备和设备调整，以提高实验的准确性。

一、实验名称光弹法测量应力分布实验二、所属课程名称《材料力学》三、学生姓名、学号、及合作者姓名：XXX 学号：XXX 合作者：XXX四、实验日期和地点实验日期：2023年3月15日实验地点：材料力学实验室五、实验目的1. 了解光弹法的基本原理和方法。

2. 掌握光弹法测量应力分布的实验步骤和操作技巧。

3. 培养实验者的观察能力和分析能力。

六、实验内容1. 光弹法原理介绍2. 光弹法测量应力分布的实验步骤3. 实验结果分析七、实验环境和器材1. 实验环境：材料力学实验室，环境温度为20℃。

2. 实验器材：- 光弹法实验装置一套- 标准光弹片- 实验台- 激光光源- 数字相机- 照片处理软件八、实验步骤1. 准备工作（1）检查实验装置是否完好，确保激光光源、数字相机等设备正常工作。

（2）了解实验原理，熟悉实验步骤。

2. 实验操作（1）将光弹片固定在实验台上，确保其平整。

（2）调整激光光源，使其照射到光弹片上。

（3）调整数字相机，使其对准光弹片。

（4）根据实验要求，施加不同方向的载荷，观察光弹片的变形情况。

（5）记录实验数据，包括载荷、光弹片变形情况等。

3. 数据处理与分析（1）将实验数据输入照片处理软件，进行图像处理。

（2）分析光弹片的变形情况，确定应力分布规律。

（3）根据应力分布规律，绘制应力分布图。

九、实验结果1. 实验现象描述实验过程中，光弹片在不同载荷下发生变形，出现条纹干涉现象。

条纹间距和形状随载荷变化而变化。

2. 实验数据分析通过实验数据分析，得出以下结论：（1）光弹法可以有效地测量应力分布。

（2）实验结果与理论分析基本吻合。

3. 应力分布图根据实验结果，绘制了应力分布图，如图1所示。

图1 应力分布图十、实验总结本次实验通过光弹法测量应力分布，验证了光弹法的有效性和实用性。

实验过程中，我们掌握了光弹法的基本原理和实验步骤，提高了实验操作能力和分析能力。

同时，实验结果与理论分析基本吻合，证明了光弹法在材料力学实验中的应用价值。

光弹应力测试实验一．实验原理：1、暂时双折射：有些各向同性的透明非晶体材料在自然状态时不会产生双折射，但是当其受到载荷作用而有应力时，产生双折射现象，当载荷卸去时，双折射现象也消失，这种现象称为暂时双折射，也称为光弹性效应。

光弹实验正是应用这种暂时双折射现象。

2、当一束平面偏振光Ep 垂直入射平面应力模型时，光波将沿模型上入射点的两个主应力、方向分解成两列平面偏振光。

这两束光在模型内的传播速度不同，所以通过模型后就产生光程差R 。

光程差R 与该点的主应力差和模型厚度d 呈正比，即或相位差为，式中，c 为模型材料的相对应力光学常数。

由此表明：平面偏振光沿模型上任一点两主应力方向分解的两平面偏振光，在透过模型之后产生的相对光程差或者相对相对位相差与该点的主应力差和模型厚度呈正比。

这称为平面应力——光学定律。

1σ2σ()12-σσ()12R=cd -σσα()122=-πασσλ这样，把一个求主应力差的问题转变为一个求光程差或者位相差的问题。

利用光弹性仪来测定光程差的大小然后根据应力——光学公式确定主应力差值，这就是光弹实验的理论基础。

实验原理图如下：二.实验过程1. 打开激光器，激光束打到分光镜有膜一面（中间的一块）；2. 在模型后20cm左右位置放置白屏，记录位置；3. 调节反光镜，使物光光束透过模型中心，打到白屏上，调节参考光光路反光镜，使参考光光点和物光光点重合；4. 测量两路光程，要做到差距在1cm之内；5. 加上准直镜，为保证激光束垂直通过其光心，调节其位置，使白屏上光点重合，并且使反射光沿原路返回；6. 加扩束镜，撤掉白屏，这时候在墙壁上可以发现一个亮斑。

保证其亮斑中心与未加扩束镜时的亮斑中心重合，然后移动扩束镜，使其亮斑大小与准直镜通光孔径大致相同，并且亮斑均匀；7. 加偏振片&1/4波片，调节角度成45°，加上毛玻璃片；8. 找到两路光重叠的位置，标记；9. 遮住激光束，在黑暗中固定好全息干板。

实验七 光弹性实验方法观察实验一、实验目的1、了解光弹性仪各部分的名称和作用，掌握光弹性仪的使用方法。

2、观察光弹性模型受力后在偏振光场中的光学效应。

二、基本原理概述光弹性实验所使用的仪器为光弹性仪，一般由光源(包括单色光源和白光光源)、一对偏振镜、一对四分之一波片以及透镜和屏幕等组成，其装置简图7-1，国产S —光源 L —透镜 P —起偏镜 Q —四分之一波片A —检偏镜 Q —试件 I —屏幕图7-2 409-Ⅱ型光弹性仪外形光弹性实验中最基本的装置是平面偏振光装置，它主要由光源和一对偏振镜组成，靠近光源的一块称为起偏镜，另一块称为检偏镜，如图7-3所示。

当两偏振镜轴正交时开成暗场，通常调整一偏振镜轴为竖直方向，另一为水平方图7-3 平面偏振光装置在正交平面偏振光场中，由双折射材料制成的模型受力后，则使入射到模型的平面偏振光分解为沿各点主应力方向振动的两列平面偏振光，且其传播速度不同，通过模型后，产生光程差，此光程差与模型的厚度h 及主应力差(D )成正比，即12s s -(7-1)12()Ch s s D =-其中C 为比例系数，此式称为平面应力光学定律。

当光程差为光波波长λ的整数倍时，即=Nλ N =0，1，2，…… (7-2)D 产生消光干涉，呈现暗场，同时满足光程差为同一整数倍波长的诸点，形成黑线，称为等差线，由式(7-1)和(7-2)可得到(7-3)12Nf h s s -=其中称为材料条纹值。

由此可知，等差线上各点的主应力差相同，对应f C l =于不同的N 值则有0级、1级、2级……等差线。

此外，在模型内凡主应力方向与偏振镜轴重合的点，亦形成一暗黑干涉条纹，称为等倾线，等倾线上各点的主应力方向相同，由等倾线可以确定各点的主应力方向。

当二偏振镜轴分别为垂直水平放置时，对应的为零度等倾线，这表明，等倾线上各点的方向皆与基线(水平方向)成零度夹角，此时若再将偏振镜轴同步反时针方向旋转即得到等倾线，其上各点主应力方向与基线夹o 10o 10角为，其他依此类推。

光弹性实验实验讲课提纲一、自然光与平面偏振光（一）自然光我们日常所见的光源，如太阳和白炽灯，所发出的光波是由无数个互不相干的波组成的，在垂直于光波传播方向的平面内，这些波的振动方向可取任何可能的振动方向，没有一个方向较其他方向更占优势。

也就是说，在所有可能的方向上，振幅都是相等的。

这种光称为自然光。

（二）平面偏振光如光波在垂直于传播方向的平面内只在某一个方向上振动，且光波沿传播方向上所有点的振动均在同一平面内，则此种光波称为平面偏振光。

二、光弹性实验原理将具有双折射性能的透明塑料，制成与零件形状几何相似的模型，使模型受力情况与零件的载荷相似。

平面偏振光透过受有外力作用的模型时，分解成两束相互垂直的偏振光，分别在两个主平面上振动，且传播速度不等，其结果从模型上每一点透出的振动方向相互垂直的两个光波间产生光程差。

如果再使它通过偏振镜，则产生光的干涉现象，得到等倾线和等差线两种干涉条纹。

由等倾线可以求得主应力方向，由等差线可以求得主应力差σ1-σ2，再配合其他方法则可以求解出模型上一点的主应力σ1和σ2。

根据模型相似理论可以由模型应力换算求得真实零件上的应力。

三、光弹性实验装置（一）光弹仪的基本构造光弹仪由光源、准直透镜、起偏振镜、1/4波片、加载架、1/4波片、检偏振镜、视场透镜、屏幕或相机等部件组成。

（二）光弹仪的调整1.平面偏振光场（1）正交平面偏振光场（暗场）；（2）平行平面偏振光场（亮场）。

2.圆偏振光场（1）双正交圆偏振光场（暗场）；（2）平行圆偏振光场（亮场）。

四、等倾线与等差线设光源发出的单色光波为u1=aSinωt在正交平面偏振光场中，此单色光波经起偏镜，受力模型，再经检偏镜射出后，成为ｕ2=aSin(2ψ)Sin(π△/λ)Cos(ωt+π△/λ)其光强为I=K[aSin(2ψ)Sin(π△/λ)]2使I=0的第一种情况是Sin2ψ=0，即ψ=0，或ψ=π/2。

ψ=0，或ψ=π/2表示该点应力主轴方向与偏振轴方向重合。