光弹性实验介绍

光弹性测试方法实验一．实验目的1. 了解光弹性仪器各部分名称和作用，掌握光弹性仪器的使用方法；2. 观察光弹性模型受力后在偏振光场中的光学效应，加深对典型模型受力后全场应力分布情况的了解：3. 观察等差线和等倾线，学会判别等差线和等倾线。

二．实验设备和模型1．PJ20型光弹性仪；2．光弹性模型梁、圆环、圆盘、有孔拉伸板试件三．实验原理和方法光弹性仪由光源（包括白光和单色光）、一对偏振镜、一对四分之一波片以及透镜等构成，见下图。

PJ20型光弹性仪除偏振偏、四分之一波片以及透镜外，还有给模型加载荷的加力架，见右图。

光弹性实验，最基本的是布置平面偏振光场，该光场是由光源和一对偏振镜组成，靠近光源的为起偏镜，另一片为检偏镜。

当两偏振镜轴成正交时形成暗场，平行时为亮场。

通常暗场时，调整起偏镜轴于垂直方向，检偏镜轴为水平方向。

在正交平面偏振光场中，由暂时双折射材料制成的模型受力后，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Δ，此光程差与模型厚度h 及主应力差（σ1 - σ2）成正比()21σσ-=∆Ch （1）式中C 为应力光学系数，此式即为平面应力-光学定律，当光程差 Δ为光波波长 λ 的整数倍时，即 Δ=N λ （N=0，1，2 …） （2）产生消光干涉，呈现暗点，同时满足光程差为同一整数倍波长的诸点形成黑色条纹，称为等差线。

由（1）、（2）两式可得hNf =-21σσ （3） 式中f=λ/C 称为模型材料条纹值。

由此可知，等差线上各点主应力差相同，对应于不同的N 值则有0级、1级、2级 …… 等差线。

在模型内凡主应力方向与偏振镜轴重合的点，亦形成一条黑色干涉条纹，称为等倾线。

由等倾线可以确定各点的主应力方向。

当两偏振轴分别为垂直和水平放置时，对应的为零度等倾线。

此时若再将偏振镜轴同步反时针方向旋转100，200… 就得到100，200… 的等倾线，其上各点主应力方向与垂直或水平线成100，200… 夹角。

光弹性效应一实验原理（一）光弹性效应光弹性：某些介质，在自然状态下式各向同性的，没有双折射性质。

但当受到机械力作用时，将成为光学各向异性，出现双折射现象。

这种双折射是暂时的，应力解除后即消失。

我们称具有明显光弹性效应的物质为光敏物质；光弹性效应微弱的物质为非光敏物质。

光弹仪的原理：，σ为内应力（二）全息光弹法两次曝光法当模型未加力时，让物光和参考光同时投到全息干板上作第一次曝光，模型加上力后，再做第二次曝光。

将全息干板显影、定σk n n e =-0影，得到全息图。

放回原来位置，遮蔽物光，让参考光照射全息图，这时候迎着原物光方向观看，即可看到实验模型的立体虚像，通过望远镜可看到虚像中有明暗相间的干涉条纹，即为等和线。

此方法适用于非光敏物质。

一次曝光法：只在模型受力时作一次曝光，其余操作和两次曝光法一致。

将能看到等差线，该法适用于光敏物质。

（三）等和线&等差线形成原因：两次曝光法得到的光强分布为：若取非光敏物质做成模型做两次曝光，由于ηc ≈0，则上式成为：那么，当ηρ=0，±1、±2….相应点成为亮条纹，即沿同一条纹各点有相同的ηρ。

而ηρ与主应力之和（σ1+σ2）成正比，因此同一条纹各点主应力之和相等。

称之为等和线。

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；)(cos )cos()2cos(212c c I πηπηπηρ++=)2cos(22ρπη+=I6.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。

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。

光弹性效应实验报告【实验目的】了解光弹性效应，了解全息干涉原理在测量物体内部应力分布中的应用【实验仪器】氦氖激光器分束镜反光镜*2 扩束镜*2 准光镜*2 偏振片*2 四分之一玻片*2 毛玻璃环氧树脂样品全息底片显影液定影液清水【实验原理】在自然情况下各向同性的介质在外加应力的情况下出现短暂的双折射效应，当应力解除之后双折射效应消失，称之为光弹性效应。

具有明显光弹性效应的物质（比如环氧树脂）被称为光敏物质，相对的光弹性效应微弱的物质称之为非光敏物质。

定量的来说，光敏物质由于光弹性效应而产生的双折射效应满足以下公式O光的折射率和e光的折射率之差和外加应力成正比，k为比例系数。

全息光弹法是一种研究光弹性效应的方法，基于全息干涉原理。

本实验中利用的是两束相干的圆偏光进行干涉，从而在全息干板上记录样品的光弹性信息。

普通的全息照相相干的两束光只是需要有同方向的偏振分量即可。

实验中为了记录光弹性的信息（即折射率之差和外加应力成正比）所以需要采用圆偏光。

等差线和等和线指的是全息光弹法中最后观察到的干涉条纹。

等和线是在非光敏物质样品情况下观察到的，值得是同一条干涉条纹上各点的主应力之和相同。

同样，在光敏物质样品的情况下可以观察到等差线，即同一条干涉条纹上主应力之差相同。

（主应力分别指模型受力最大和最小的方向的应力）等差线和等和线产生的原因可以从最后的全息照相光强表达式中看出在整个公式推导中定义了如下物理量变量为主应力之和，主应力之差，其余为常量。

这是非光敏物质的光强分布可以看到光强决定于，当此物理量取特定值，分别产生亮条纹和暗条纹，而其值从定义中可以看出由主应力之和决定。

即同一条条纹上的主应力之和相同。

同理由光敏物质的光强分布可以看出等差线的来源。

【实验步骤】实验光路图从分束镜开始到全息胶片的光程为212.50cm。

1.利用分光镜中间的分束片进行分光，这样基本可以达到参考光和物光的比例为5:1。

2.摆放两面反射镜，使得两束光的光程差相等（误差小于1cm）。

光弹性实验报告一、实验目的光弹性实验是一种用于测量材料内部应力分布的实验方法。

本次实验的主要目的是通过光弹性实验技术，观察和分析受力模型在不同载荷条件下的等差线和等倾线图案，从而确定模型内部的应力分布情况，并验证理论计算结果。

二、实验原理光弹性现象是指某些透明材料在承受载荷时，会产生暂时的双折射现象。

当一束偏振光通过受力的光弹性材料时，其偏振方向会发生改变，从而产生干涉条纹。

这些干涉条纹反映了材料内部的应力分布情况。

等差线是指光程差相等的点的轨迹，它与主应力差成正比。

等倾线则是指主应力方向相同的点的连线。

通过观察和分析等差线和等倾线的图案，可以计算出材料内部各点的应力大小和方向。

三、实验设备和材料1、光弹性实验仪：包括光源、偏振片、分析片、加载装置等。

2、模型材料：环氧树脂或有机玻璃等光弹性材料制成的模型。

3、量具：游标卡尺、千分尺等。

四、实验步骤1、模型制备选用合适的光弹性材料，根据实验要求制作模型。

确保模型的尺寸精度和表面质量，以减少实验误差。

2、仪器调试打开光源，调整偏振片和分析片的角度，使视场呈现暗背景。

检查加载装置的工作性能，确保加载平稳、准确。

3、模型安装将模型安装在加载装置上，注意安装位置和方向的准确性。

4、加载观测逐渐施加载荷，观察等差线和等倾线的形成和变化。

记录不同载荷下的干涉条纹图案。

5、数据测量使用量具测量模型的尺寸和加载力的大小。

记录等差线和等倾线的级数和角度等数据。

6、实验结束缓慢卸载，关闭实验仪器。

五、实验结果与分析1、等差线图案分析在不同载荷下，等差线的分布和密度发生了明显变化。

随着载荷的增加，等差线的级数增多，表明主应力差增大。

通过对等差线的分析，可以定性地了解模型内部应力集中的区域。

2、等倾线图案分析等倾线的分布反映了主应力的方向。

在模型的不同部位，主应力方向有所不同。

通过测量等倾线的角度，可以计算出主应力的方向。

3、应力计算根据等差线和等倾线的测量数据，结合光弹性实验的基本理论和计算公式，可以计算出模型内部各点的应力大小和方向。

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。

实验十光弹性演示实验用光学原理研究弹性力学问题的实验方法称为光弹性法。

它是用具有双折射效应的透明材料，严格遵守“相似律”原则制成构件模型，将模型置于白光光源的圆偏振光场中。

当给模型加上载荷时，即可看到模型上所出现的干涉条纹，依照应力－光学定律，那些颜色相同的条纹表示光程差相等的迹线，也就是主应力等值线，故称为等色线或等差线。

由产生的等色线或等差线干涉条纹图形，通过计算就能确定构件模型在载荷作用下的应力状态，可以得到直观的、可靠的、全场的应力分布状态。

利用光弹性法，可以研究几何形状和载荷条件都比较复杂的构件的应力分布状态，特别是应力集中的区域和三维内部应力问题。

对生物力学、断裂力学、复合材料力学等还可用光弹性法验证其提出的新理论、新假设的合理性和有效性，为发展新理论提供科学依据。

一、实验目的1．了解光弹性实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纹图案，识别等差线和等倾线，了解主应力差和条纹值的测量。

二、实验设备1．偏光弹性仪。

2．由环氧树脂制作的试件模型。

三、实验原理1．明场和暗场根据光的波动理论，当一束自然光通过偏振镜时，即在偏振轴平面上振动这种在某一固定平面中振动的光称为平面偏振光。

由光源S、起偏镜P和检偏镜A 就可组成一个简单的平面偏振光场，如图10－1示。

起偏镜P和检偏镜A均为偏振片，其各有一个偏振轴（简称为P轴和A轴）。

如果P轴与A轴平行，光源发出的光波通过起偏镜P产生的偏振光可以全部通过检偏镜A，此种情况称平面偏振场的明场。

称为明场。

当两个偏振片的偏振轴互相垂直时，光波被检偏镜A 阻挡，此种情况则称平面偏振场的暗场。

图10－1 平面偏振光场2．应力－光学定律当由光弹性材料制成的模型放在偏振光场中时，如果模型不受力，光线 通过模型后将不发生改变；如果模型受力，将产生暂时双折射现象，即入射 的偏振光将沿两个主应力方向分解为两束相互垂直的偏振光（如图10－1中 a 及b ），而且分解后的这两束偏振光射出模型时就产生一个光程差δ。

1. 了解光弹性实验的基本原理和实验方法；2. 学习使用光弹性实验装置进行应力分析；3. 掌握光弹性实验数据处理方法，分析模型的应力分布。

二、实验原理光弹性实验是一种研究物体内部应力分布的方法，其基本原理是利用透明材料在应力作用下产生双折射现象。

通过观察和分析光弹性模型的光学性质变化，可以确定物体内部的应力分布。

实验过程中，将具有双折射现象的透明材料制成研究对象的模型，对模型施加相似载荷，使模型内部产生应力。

此时，模型中的光路发生改变，通过观察和记录模型的光学性质变化，可以分析模型内部的应力分布。

三、实验仪器与材料1. 实验仪器：光弹性实验装置、光源、照相机、量角器等；2. 实验材料：具有双折射现象的透明材料（如硝化纤维素、聚乙烯醇等）。

四、实验步骤1. 准备工作：将透明材料制成研究对象模型，确保模型尺寸符合实验要求；2. 安装模型：将模型放置在实验装置上，调整光源和照相机，使光路通过模型；3. 加载：对模型施加相似载荷，使模型内部产生应力；4. 观察记录：观察模型的光学性质变化，记录光路改变情况；5. 数据处理：对实验数据进行处理，分析模型内部的应力分布。

五、实验结果与分析1. 实验结果：通过实验，观察到了模型在加载过程中的光学性质变化，记录了光路改变情况；2. 数据处理：对实验数据进行处理，得到模型内部的应力分布图；3. 分析：根据应力分布图，分析了模型内部的应力集中区域和应力分布情况。

1. 光弹性实验是一种有效的应力分析方法，可以准确分析模型内部的应力分布；2. 通过光弹性实验，可以了解透明材料在应力作用下的光学性质变化，为材料设计和优化提供依据；3. 实验过程中，应严格按照操作规程进行，确保实验结果的准确性。

七、实验注意事项1. 实验过程中，注意观察模型的光学性质变化，避免光路干扰；2. 加载过程中，注意控制加载速度，防止模型损坏；3. 实验数据应准确记录，以便后续分析。

八、实验总结本次光弹性实验，使我们对光弹性实验的基本原理和实验方法有了更深入的了解。