实验力学总结

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一 电测法
本构
(被测试件上)贴片          被测件变形,应变片跟随变形            应变片电阻变化          电压??信号        应变值          应力
应变仪
基本原理
电测法是电阻应变测量法的简称。其原理是用电阻应变片作为传感元件,将被测构件表面的物理量,力学量,机械量,等非电量转换成电量进行测量的一种实验方法。
具体步骤
将电阻应变片粘贴在被测构件表面,当构件发生变形时,粘贴在试件表面的应变片发生跟随
变形,应变片的电阻值发生相应变化。通过应变仪测定应变片电阻的变化,并换算成应变,或输出与应变成正比的电信号,进而依据所测材料的应力-应变关系得到应力值。
优点与特点
应变片的体积小,质量轻,能准确反映一点处的线应变;测量精度高,抗干扰能力强,不破坏构件;粘贴测量方便,广泛用于远距离、动静态、复杂环境等。
公式
电阻变化量,R电阻值,K电阻应变片灵敏系数,应变值
半桥联接,即四个电阻中只有两个以内的电阻应变片或补偿片,
全桥联接,即四个电阻中均是电阻应变片或温度补偿片, 电极扁钢
应变计算遵循相邻相减,相对相加原则。
二 光弹性
把光弹性模型放在偏光仪的光路中,使其受力,在白光或单光的照射下,是可以观察到彩或黑白图案,这就是光弹效应。
光弹性效应是模型材料的双折射性质和光波干涉所产生的结果,在光弹性里把条纹图称为应力光图。
对单光而言,干涉的结果是出现明暗条纹的现象。
如果是白光,干涉的结果是出现彩条纹,因为白光是不同波长的七种光的组合,当产生光的干涉现象时,不可能是七种光同时加强或减弱。
当一种光(单光)相抵消时,还有六种光没抵消,因而看到的就是其余光的混合光。
当一光线进入到某些晶体物质时,会分成互相垂直的线偏振光,这种性质称为双折射。
用透明材料制成模型,并使模型受力处于偏振光场中,便可以出现双折射现象。
1 光波垂直通过平面受力模型内任一点,它只沿这点的两个主应力方向分解并振动,且只
在主应力平面内通过。
2 两光波在两主应力平面内通过的速度不等,因而其折射率发生了变化,其变化量与主应力大小成线性关系,
假设模型的厚度为d,那么光程差,又,可得
沿方向的模型材料对偏振光的绝对折射率为N1,N2,c为模型材料的绝对应力光性系数,c=A-B,A、B是模型材料的应力光学常数。
平面光弹性的应力-光学定律
为波长
于是只要知道相对光程差n以后,就可以求出平面模型内各点的主应力差。
称为模型条纹值,单位N/m2
为材料条纹值,单位是N/m,越小,材料越灵敏。
五 光测硬件
L光源,L1聚光镜,P1起偏镜,Q1 1/4波片,M模型,Q2 1/4波片,P2检偏镜,L2场镜,L3成像透镜,S屏幕
作用
偏振片:由H偏振片制成,一共有两块,靠近光源的一块偏振片称为起偏镜,作用是从自
然光获得平面偏振光,后面一块偏振片称为检偏镜,用来检验所通过光波的偏振态。起振片与检振片一般配有同步回转机构,使两块偏振镜的偏振轴能够绕光传播的轴线同步旋转。
1/4波片:数量也是两块,可以加入光路,也可以移除光路,当在光路中加入波片时,前面靠近起偏镜的第一块1/4波片的快轴和慢轴分别与起偏镜的透光镜成45°角,因此能够把从起偏镜传来的平面偏振光变为圆偏振光。后面的第二块1/4波片的快轴和慢轴分别与第一块1/4波片的快轴和慢轴正交,因此正好抵消第一块1/4波片产生的相位差,将圆偏振光还原为平面偏振光。
等倾线等差线原理
等差线又称为等线,将承受载荷的光弹性模型置于白光光源的正交圆偏振光场中,可以观察到彩的干涉条纹,当条纹上各点的光程差相等时,就显示出相同的颜,故称等线。而根据应力-光学定律可知,当光程差相等时,其主应力差相等,故又称等差线。
在白光光源的正交平面偏振光场中,光弹性模型呈现的应力光图,既包含彩的等差线条
纹,又包含黑的条纹。当偏振光源保持正交而有相对模型旋转时,那些随转角而改变位置的黑条纹称为等倾线。在等倾线的任意一点上,主应力的方向都相同。
等差线:随主应力差而改变,与载荷增减有关,与正交放置的偏振轴无关。
等差线图:暗场黑条纹为整数级以实线来表示,明场黑条纹为半整数级以虚线表示。
等倾线:与两正交放置的偏振轴的方位有关,而与载荷的大小无关。
如果用单光,形成明暗相间的黑白条纹,如果用白光,则形成一固定的彩条纹顺序,故这种等差线也称为等线,同一颜表示主应力差值相等,只有零级等线仍呈黑。
硅凝胶贴膜为了获得清晰的等差线,需增加两块1/4波片,形成圆偏振光场,以消除等倾线。
观察等倾线,则用白光,此时等差线是彩的,等倾线是黑的。
有了等倾线图,即可通过作图法将主应力迹线描绘出来。
动态光弹性VS静态光弹性
在动荷载作用下,物体内的应力和位移分布是随时间变化的,它们是动态过程中时间的函数。因此,用动光弹方法研究在动荷载下物体的瞬时响应,就必须将动态过程中随时间而变化的应力光图记录下来,这是分析的依据。
这种记录的应力光图应具有系列性,并且清晰无误,能描述动态事件的全过程。
在动态条件下,二维应力光学定律的有效性,曾为一些研究工作者所证明,因此某瞬时的主应力差仍可按下式确定。
动态
1 研究在动态荷载作用下结构的响应问题。
2 物体的动态响应,不仅取决于作用力的大小,而且主要还取决于力的变化速率。
3 用动光弹方法研究在动载荷下物体的瞬时响应,就必须将动态过程中随时间而变化的应力光图记录下来,描述动态事件的全过程,这是分析的依据。
4 无固定的零级次点和零级条纹。
5 静动态的条纹值是不同的,静动态弹性模量是不同的,动态中都是时间函数。
静态
1 研究在静载荷作用下结构的响应问题。
2 只有一张应力图。
3 有固定的零应力点。
几种高速瞬态记录方法:高速照相机、多火花式照相机、脉冲激光器记录系统
动光弹法的应用现状和发展
(一) 在工程动力结构中,对船舶、飞机的发动机,冲床的冲头和机架,高速齿轮的传动及铁路车辆和桥梁等,用动光弹性法研究动应力集中系数和动应力等。
(二) 在军事工程中,对筒、炮筒、药筒等受弹药爆炸力时的动应力集中进行研究,为结构设计提供依据。
电力线宽带
(三) 通过光弹性法研究冲击波对地下结构的影响也是很重要的一个方面。
(四) 在工程地震学中,用动光弹法研究地震波在层状结构中的传播规律,波的反射、折射、波的相互作用与波型转换等。同时,为了防止应力波对建筑物的破坏,对地下隧道、地下结构的合理形状进行探讨。
(五) 在动态断裂力学中,用动光弹性法研究裂纹传播速度与动应力强度之间的关系,动应力强度因子,裂纹的传播规律,包括起裂、分叉及止裂等的研究。
(六) 在采掘过程中,研究如何布置,燃爆点的影响以求得最佳的效果等问题。
贴片光弹
双折射贴片法(简称贴片法)是将双折射材料薄片(简称贴片)粘贴到被研究的结构物的待测表面上,如果这种贴合是完全牢固的,则当结构在载荷作用下发生应变时,贴片就产生了与待测物表面相同的应变,从而可利用贴片的应力光图来分析待测物表面的应变。
由于结构常常是由不透明的材料制成的,因此在观察贴片所产生的光弹性效应时,就需采用反射式偏光仪。
贴片法是普通光弹性法的发展,是实验应力分析的又一个重要手段,它既具有普通光弹性法的直观,全场测试等优点,且又改造了它,使之能直接对原型结构进行现场测试,也可用于不透明材料制作的模型上,从而扩大了光弹性法的应用领域。
双折射贴片法的基本原理
当贴片牢固地粘结在结构物表面上,结构物受力时产生的应变即通过粘结剂传递给贴片,且应变沿贴片厚度是均匀的。若结构物处于平面应力状态,则贴有贴片的结构物的应力应变如图所示
由于贴片和结构物表面完全粘结,则在其间界面上的应变连续条件成立,因此贴片上便形成了与结构物相同的应变和相应的应力状态,贴片上的光弹性效应用平面光弹性的原理来分析。对于图示的应变连续条件为:
       
表示主应变,角标c和s各表示贴片和结构物。
现考虑贴片和结构物都为平面应力状态,根据虎克定律可得
对于结构物
对于贴片
       
于全由上式,再利用式(1.1),解出结构物表面内的主应力为
特效三光脚气粉
       
上两式相减和式(1.1)两式相减,各得
       
红外光通讯
由此可知,结构物与贴片中的主应力差呈线性关系,与结构物和贴片材料的弹性模量和泊松比有关,只要通过贴片中的等差线确定的值,再应用上式就能得到结构物外表面上的主应力差了。
根据平面光弹性应力-光学定律,考虑到偏振光来回两次通过贴片,于是引起的光程差
       
式中tc为贴片厚度,k是贴片材料的光学灵敏常数。
将式(7.5)代入式(7.4),得
如果以相对光程差表示,且令为贴片材料的应变条纹值(单位:m/级),则得
       

本文发布于:2024-09-22 21:19:26,感谢您对本站的认可!

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