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光弹性试验

根据偏振光的原理和材料的双折射效应,从模型加荷后出现的光干涉条纹,来分析应力的方法。光弹性试验于1816年为英国波莱斯托(D.Brews-ter)首创,到20世纪才逐步应用于工程实际中的土木、机械、航空等各个领域,理论也逐渐完善。1945年后,世界各国先后提出光塑性、动力光弹性、光干涉、全息光弹性、光弹贴片和涂层等方法。加荷、量测和成果分析等,均逐步采用自动化设备。

根据偏振光的原理和材料的双折射效应,从模型加荷后出现的光干涉条纹,来分析应力的方法。

光弹性试验于1816年为英国波莱斯托(D.Brews-ter)首创,到20世纪才逐步应用于工程实际中的土木、机械、航空等各个领域,理论也逐渐完善。1945年后,世界各国先后提出光塑性、动力光弹性、光干涉、全息光弹性、光弹贴片和涂层等方法。加荷、量测和成果分析等,均逐步采用自动化设备。70年代以来,由于计算机和有限单元法的发展,取代了一部分光弹性试验。在国外,机械和航空等部门,仍用光弹性法作应力分析和无损检查,但在土木方面的应用,逐渐减少。中国于50年代开始用光弹性法分析水利工程的结构应力。

光弹性模型采用环氧树脂等为原料。平面模型可用现成的板加工制成。立体模型需先制外模,浇入原料的液体,然后放入烘箱,并控制烘箱内的温度及其持续时间,使之固化成型,所有平面和立体模型均要求光洁透明,无初应力。

加荷方式分面力和体力两种。面力加荷常将加荷架和模型一道放入烘箱,以集中力代替各分块的分布面力;也可用低熔点合金放入橡胶袋,使加温后形成液体压力。通过对模型的加温和降温,加荷的力学影响,即能固定在模型的内部,这种现象,称为“冻结”。将模型取出,用光弹仪量测其应力。如属立体模型,还需按要求的方向切成薄片,再量测薄片的应力分布。平面模型还可在室温下施加面力,并立即量测其应力条纹。由于不受烘箱容积的限制,模型可以较大;并可按需要作分级加荷。

体力加荷是用特制的离心机,在其轴臂的端部,装有模型盒,盒内放有电炉丝,并能控制盒内的温度,调节离心机的转速,使产生的离心力达到模型需要的体力,再按“冻结”的要求,控制盒内的升温和降温过程。

光弹仪由光源、偏振片、四分之一波片、检振片和显示屏等组成。它可使模型产生两组条纹——等色线和等倾线,分别代表平面主应力差和主应力方向的等值线。条纹是分级的,一级条纹代表一级等值线。等色线的单位条纹值,由标准试件测定。另用激光器还可测出等和线(平面主应力之和),即可算出模型内各点的应力。然后,按相似律计算原型的应力。

光弹性模型较小,制作、加荷和量测均要求有较高的精度。