光弹性实验方法的基本原理

第3章光弹性实验方法的基本原理§3.1光学基本知识§3.2光弹性实验装置§3.3平面应力——光学定律§3.4平面偏振布置中的光弹效应§3.5圆偏振布置中的光弹效应§3.1光学基本知识一、光波第3章光弹性实验方法的基本原理二、自然光和偏振光四、双折射五、偏振片和1/4波片三、光的干涉现象一、光波)sin(0tau)2sin(0fta)2sin(0tva0tuaafv——振幅——圆频率——频率——速度——波长§3.1光学基本知识——横波一、光波0tua§3.1光学基本知识白光是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种可见光的混合。可见光的波长在400～800nm内变化。光弹性实验常用光源有白光，汞光和钠光等二、自然光和偏振光)sin(11tau)sin(22tau2212122222121sincos2aauuauau平面偏振光平面偏振光圆偏振光椭圆偏振光§3.1光学基本知识三、光的干涉现象§3.1光学基本知识波列1波列2合成两束或多束光产生干涉的条件：①频率相同(由同一光源发出)②振动方向一致③位相差恒定2四、双折射§3.1光学基本知识入射光折射光反射光各向同性介质中各向异性介质中这两束光都是平面的偏振光双折射四、双折射§3.1光学基本知识oeoe一束光遵循折射定律，叫寻常光（o光）另一束光不遵循折律，为非常光（e光）o光的传播速度在各个方向上都相同，e光的传播速度则随传播方向的变化而变化两束光的光矢量的振动方向相垂直晶体中有的方向不发生双折射，即当一束光沿此方向射入晶体时，射出的光束仍为一束光，此方向称为光轴只有一个光轴的晶体称为单晶体（方解石，石英），有两个光轴的晶体称为双晶体（云母）四、双折射光轴eo§3.1光学基本知识四、双折射§3.1光学基本知识有些各向同性的非晶体材料，例如环氧树脂、有机玻璃、聚碳酸酯等，虽然在自然状态下不会产生双折射，但是当其受到载荷作用而产生应力时，就会象晶体一样表现出光学各向异性，产生双折射现象。去掉载荷后，双折射现象随即消失，这种现象称为暂时双折射或人工双折射。光弹性方法就是利用了这种暂时双折射效应。五、偏振片和1/4波片xyz偏振片o光e光z1/4波片y2212122222121sincos2aauuauau§3.1光学基本知识§3.2光弹性实验装置第3章光弹性方法的基本原理LL1L2P1P2Q1Q2ML3SL—光源L1—准直镜L2—准直镜P1—起偏镜P2—检偏镜Q1—1/4波片Q2—1/4波片M—模型L3—成像系统S—像§3.2光弹性实验装置LL1L2P1P2Q1Q2ML3S光弹性仪的维护1.各透镜表面镀有增透膜，不得用手摸或擦拭2.Q1、Q2表面只可用汽油擦拭3.L1、L2、P1、P2可用酒精或乙醚擦拭4.防霉、防潮、防尘§3.2光弹性实验装置§3.3平面应力—光学定律n1—σ1方向折射率12022101BAnnBAnnn2—σ2方向折射率n0—无应力时的折射率A、B绝对应力光学系数12①一束平面偏振光通过平面受力模型内任一点时，它将会沿主应力方向分解为两束振动方向互相垂直的平面偏振光。②两束偏振光在模型中具有不同的传播速度，其折射率的改变与主应力大小成线性关系，可表示为1212022101BAnnBAnn光波速度：σ1方向v1σ2方向v2时间：11vht22vht212121vvvvhvhvhvttv)()(21nnh)(2121Cnn—材料的应力光学系数§3.3平面应力—光学定律CAB12)(21nnh)(2121Cnn)(21Ch—平面应力光学定律§3.3平面应力—光学定律§3.4平面偏振布置中的光弹性效应第3章光弹性方法的基本原理起偏镜检偏镜模型光源12θLL1L2P1P2Q1Q2ML3S§3.4平面偏振布置中的光弹性效应PAPA暗场明场AP12AP12utausin起偏镜入模型1u2usinsincossintautau21（光程差Δ，相位差δ）出模型2sinsincos)sin(tautau21过检偏镜)cos(sinsincossin222213tauuu§3.4平面偏振布置中的光弹性效应AP12u1u2u22222)sinsin()sinsin(akakI形成干涉条纹02sin0I20,等倾线§3.4平面偏振布置中的光弹性效应四、平面偏振布置中的光弹性效应AP12u1u2u22222)sinsin()sinsin(akakI0sin0IN等差线N条纹级数四、平面偏振布置中的光弹性效应AP12u1u2uN)(21ChhNfhNC21材料应力条纹值，与材料、光源有关§3.4平面偏振布置中的光弹性效应§3.4平面偏振布置中的光弹性效应§3.4圆偏振布置中的光弹性效应第3章光弹性方法的基本原理LL1L2P1P2Q1Q2ML3S光源起偏镜检偏镜1/4波片1/4波片模型12θSFSF45°45°45°45°PAxyPQ1AQ2AP12451Q2Q§3.4圆偏振布置中的光弹性效应tausin起偏镜到1/4波片454521sinsincossintautau出1/4波片tautausin)sin(2222221AP12Q145u1u2u到模型)sin(cossin)cos(sincostauuutauuu2222212121§3.4圆偏振布置中的光弹性效应到1/4波片出模型AP1245u1u2u)sin(cossin)cos(sincostauuutauuu22222121212)sin()cos(tautau222221]cos)sin(sin)[cos(]sin)sin(cos)[cos(ttauttau222243Q23u4u§3.4圆偏振布置中的光弹性效应出1/4波片AP1245u1u2u]cos)sin(sin)[cos(]sin)sin(cos)[cos(ttauttau222243]cos)cos(sin)sin([]sin)sin(cos)[cos(ttauttau222243Q23u4u§3.4圆偏振布置中的光弹性效应经过检偏镜后AP1245u3u4u]cos)cos(sin)sin([]sin)sin(cos)[cos(ttauttau22224345)cos(sincos)(2224543tauuu§3.4圆偏振布置中的光弹性效应AP1245u)cos(sincos)(2224543tauuu222)sin()sin(aKaKI当：0I0sinN210,,N等差线NCh21§3.4圆偏振布置中的光弹性效应AP1245u1u2uAP//222)cos()cos(aKaKI讨论：0I0cos2N531,,N§3.4圆偏振布置中的光弹性效应§3.4圆偏振布置中的光弹性效应§3.4圆偏振布置中的光弹性效应§3.4圆偏振布置中的光弹性效应