光彈性散光法

光彈性散光法

光彈性散光法,一種實驗應力分析方法,利用光線通過光彈性材料時的散光性能進行應力分析。

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此法的主要特點是在進行三維光彈性實驗應力分析時不必破壞模型,有時也可不將模型凍結。1939年,R.韋勒首先提出光彈性散光法,經過D.C.德魯克、H.T.傑索普、M.M.弗羅赫特等人的努力,到50年代末,它的原理已比較完善,但由於技術上的原因,這種方法未得到廣泛使用。60年代激光技術的發展,獲得高強度的片光源,才使光彈性散光法得到推廣。此法已用來解決扭轉、平面應力、表面應力和軸對稱應力等的測量問題,但尚難以用於研究較複雜的三維應力問題。
光線通過各向同性的透明介質時,由於介質中的微粒或分子的作用,產生散射光。垂直於傳播方向的散射光,是平面偏振光。它的光強度和入射光的性質、材料的散光性能以及觀察方向有關。入射為自然光時,在傳播軸的所有垂直方向的散射光的光強度相等(圖1)。入射光為橢圓偏振光時,從長軸的垂直方向觀察,光強度最大;從短軸的垂直方向觀察,光強度最小(圖2a)。圓偏振光是橢圓偏振光的一種特例。入射時和自然光相似,在傳播軸的所有垂直方向,其散光的光強度相等(圖2b)。橢圓偏振光的另一特例是平面偏振光。沿其偏振方向觀察時,光強度為零;而從垂直於其偏振方向觀察時,光強度最大(圖2c)。
光彈性散光法所用的模型材料,主要由環氧樹脂和適量的固化劑配製而成。為了增加其散光性能,可加入適量的摻合物,如硅油等。另外,為了除去材料中顆粒較大的雜質,可用聚四氟乙烯製成的過濾器過濾。
用散光法分析純粹的扭轉問題(圖3)有其顯著的優點。常常只要一次投射,就可以得到模型截面上剪應力的大小和分佈。截面上各點的最大剪應力,決定於該點沿條紋法線方向的條紋級數變化率,即 式中為最大剪應力;為徑向距離;為徑向處的條紋級數為條紋級數變化率。最大剪應力的方向和該點條紋的切線方向相重合。
在研究非圓截面構件、變截面圓桿、帶鍵槽軸和花鍵軸的扭轉等問題中,散光法都有很好的應用效果。
參考書目
M.M.弗羅希特著,黎仲鼎譯:《光測彈性力學》,第二卷,科學出版社,北京,1966。(M.M.Frocht,Photo-elasticity, Vol.1.John Wiley & Sons, New York,1948.)
A.柯斯克、G.羅伯遜著,王燮山、黃傑藩、金炎、黃永權譯:《光彈性應力分析》,上海科學技術出版社,上海,1979。(A.Kuskeand G. Robertson, Photoelastic Stress Analysis,JohnWiley & Sons,New York,1974.)