光测技术实验报告

实验一：光弹仪认识、实验二：材料条纹值的测定、

实验三：平面应力光弹实验

实验一：光弹仪认识

一、实验目的

1.了解光弹仪各部分的名称和作用，掌握光弹仪的使用方法。 2.观察光弹性模型受力后在偏振光场中的光学效应。 二、仪器设备 1.光弹性仪。 2.光弹性模型。 三、实验步骤

1.观看光弹性仪各个部分，了解其名称和作用。

2.调整光源及各镜片和透镜的高度，使它们的中心线在同一条水 平线上。

3.正交平面偏振布置的调整：首先，卸下两块四分之一波片（将四分之一波片转动到0 度），旋转一个偏振片，使呈现暗场，表示它们的偏振轴正交。然后，开启白光光源，将一个标准试件放在加载架上，是试件平面与光路垂直，并使其承受铅垂方向的径向压力。同步起偏镜及检偏镜，直至圆盘模型上出现正交黑十字形。

4.双正交圆偏振布置的调整：在调整好的正交平面偏振布置中，先旋转一个四分之一波片，使检偏镜后看到的光场最暗。然后将四分之一波片任意方向旋转45 度，在将另外一个四分之一波片旋转，使光场再次最黑。这时，两块四分之一波片是相互正交的。

5.施加载荷后，从中间出现黑色条纹，增大载荷，条纹向两边扩散，出现多级条纹。

实验二：材料条纹值的测定

一、实验目的

1.学会测定光弹性材料条纹值 二、实验原理

1.对径受压圆盘条纹值的测定

圆盘半径为D，厚度为h，载荷为P，则材料条纹值为

f三、实验步骤

8P DN1.调整光弹仪各镜轴位置，呈正交平面偏振布置。 2.调整加载架，安装试件。 3.记录等差线图

4.算出标准试件的材料条纹值。 四、实验原始数据 N=1, P=23.

N=2, P=47.3.

N=3, P=70.9.

五、数据处理

8P8231.171kg/m. 2DN51018P847.3N=2, P=47.3, f1.204kg/m

DN510228P823N=3, P=70.9, f1.203kg/m

DN510211.1711.2041.2031.192kg/m 平均条纹值f3六、误差分析

N=1, P=23.5, f压力P的测量会有些许误差，导致材料条纹值的误差。

实验三：平面应力光弹实验

一、实验目的

1.掌握绘制等倾线图方法。

2.用剪应力差法计算模型中某一断面上的应力分布。 二、实验仪器 1.光弹性仪一台。 2.平面应力弹性模型一个。 三、实验方法

1.调整光弹性仪各镜轴位置，在正交平面偏振布置下绘制等倾线图，并注明等倾线角度，在双正交圆偏振布置下绘制等差线图，并确定条纹级数。

2.用剪应力差法计算某一断面上的应力分布。 四、实验步骤

1.在等差线和等倾线图上画出计算截面OK，将OK等分成若干段，间距为∆x，标出各分点。再作OK的上辅助截面线AB和下辅助截面线CD，两辅助截面与OK截面的间距均为

y，通常为了方便取∆x=∆y。 22.根据等差线及等倾线图，用图解内插法(或逐点测量)求出各分点的条纹数值和主应力1与x轴的夹角（以逆时针为针为正），分别记为

(NOK)i、(NAB)i、(NCD)i及(OK)、(AB)i、(CD)i。

3.按式xy1Nfsin计算各截面上各分点的剪应力。 2hABCD4.按式xyxy求上截面与下截面各分点的剪应力差值，再按式xy|ixyi1(xy)i1(xy)i2求在x之间xy的平均值。

5.

x的正负号，与所取的坐标和剪应力差的计算有关。∆x若与正ox轴同向yABCD则∆x为正；当zy按式xyxy计算时∆y取正号，反之为负。 xy（z)0。点o应取在自由边界上或取在已知分布载荷作用的6.求z的初始值

（z)0为已知值。 边界上；这时，

（x)i(x)i1xy|ii17.根据式

x 求各点的z当i=1时，有 yx y（x)1(x)0xy|10当i=2，则有

2（x)2(x)1xy|1x……等等。 y8.按式yx(Nf2Nf2)4xy或yxcos2计算各点的y。 hh9.作OK截面上x、y及xy的应力分布图。

10.作静力平衡校核。根据内力与外力必须平衡的条件，对已得的结果进行校核，以估计结果的误差。

计算时一般用表格进行。应力单位先用“条”表示，最后再乘以f/h，换算成以N/m2为单位的模型应力值。

五、实验现象记录

六、实验结果

由实验二知：f=1.192kg/m, h=5mm，P=462.8N. 则f/h=2.38Mpa。

将等差线与叠加的等倾线图画在同一张图上，按剪应力差法取截面OK,作两辅助面 AB,CD 如图：

取△x=3.75mm，△y=3.4mm，则计算数据记录如下表：

表1 截面AB数据

截面 AB 点号 i sin 2θ θ N 0 40 0 0.985 0 0.198 1 41 0.4 0.988 0.970 2 38 0.9 1.7 0.436 0.736 3 30 16 0.866 0.530 4 2.6 3.0 0.6 0 5 0 0 表2 截面 CD 数据

截面 点号 i CD sin 2θ θ N 0 20 0 0.3 0 0.129 1 20 0.4 0.3 2 15 0.9 0.5 0.225 0.346 3 12 1.7 0.407 0.174 4 5 2.6 0.226 根据逐点求和法，得出 OK 截面应力如下：

表3 OK截面应力

截面 OK 点号 i N* cos2θ N θ sin 2θ * /2 0 0 NAN 0 0 30 0.866 0 0 0 1 0.069 -0.076 -0.076 0.5 28 0.829 0.207 0.280 -0.784 2 0.211 -0.078 -0.1 1 24 0.743 0.372 0.669 -1.847 3 0.39 -0.098 -0.252 1.6 18 0.588 0.470 1.294 -3.526 4 0.463 -0.040 -0.292 2.1 10 0.342 0.359 1.973 -5.284 5 0 0.255 -0.037 2.5 0 0 0 2.5 -6.362 图1 OK截面应力分布曲线

OK截面应力分布曲线10-1-2-3-4-5-6-7x方向应力y方向应力剪应力 七、误差分析 按式

KPy20hyfhKdx2f0ydx2fy

式中y是y曲线的所包的面积，该面积可用求积仪求出。 算出Py为480N，与作用载荷P462.8N比较，其误差为

PyPPg100%3.7%

误差分析：剪应力差法的精确度受到等差线和等倾线测量精确度的影响极大，而且在计算过程中，其误差是逐点累积的，如其中一点的数据错误就会影响全局，因此在实验和计算中，对每个步骤必须仔细认真。