第五章 三維光彈性

第五章三維光彈性第1頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月活塞實(shí)例：三維光彈性范實(shí)驗(yàn)第2頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§5-1主應(yīng)力和次主應(yīng)力一、三維光彈性效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)觀察現(xiàn)觀察一凍結(jié)了應(yīng)力的純彎曲梁模型，如圖5-1所示

圖5-2三維光彈性模型切出相距為d的一橫段，若偏振光方向沿Z方向照射切片，發(fā)現(xiàn)沒有光彈性效應(yīng)。說明：與光線方向一致的正應(yīng)力不產(chǎn)生光彈性效應(yīng)。第3頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、再觀察一凍結(jié)了的應(yīng)力純扭轉(zhuǎn)的模型，取出單元體如圖5-2所示。圖5-3切應(yīng)力系取偏振光照射方向?yàn)閆，結(jié)果也沒有光彈性效應(yīng)。說明：與光線方向共面的切應(yīng)力系也不產(chǎn)生光彈性效應(yīng)。第4頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、次主應(yīng)力概念如圖5-3所示，是從任意受力模型中取出的一個(gè)單元體。單元體上的應(yīng)力為三維應(yīng)力狀態(tài)。圖5-3應(yīng)力單元體第5頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖5-4平面應(yīng)力單元體第6頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第7頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§5-2三維光彈性的應(yīng)力-光學(xué)定律在平面問題中有應(yīng)力-光學(xué)定律，即

在三維光彈性問題中也有類似的定律把凍結(jié)了應(yīng)力的三維模型置于偏振光場(chǎng)中觀察，看到的條紋顯然是偏振光經(jīng)過模型整個(gè)厚度內(nèi)的綜合結(jié)果，而不能單獨(dú)得到某一點(diǎn)的應(yīng)力。為此，必須把模型切成若干薄片來分析，相當(dāng)于把一個(gè)三維模型切成若干個(gè)兩維模型，轉(zhuǎn)化為平面問題來研究，所以稱這種辦法為三維凍結(jié)切片法。從已凍結(jié)的三維模型中，截取厚度為d的切片，置于偏振光場(chǎng)中，使光線垂直于切片平面照射，光線通過厚度為d的切片，置于偏振光場(chǎng)中，使光線垂直于切片平面照射，光線通過的路徑就是切片的厚度d，這時(shí)觀察到的等差線和等傾線代表的是切片厚度內(nèi)的平均主應(yīng)力差及其方向。它們是隨切片所取的位置而變的。第8頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月顯然，在切片中所觀察到的等差線就是次主應(yīng)力差，主傾線就是此主應(yīng)力方向。分析時(shí)，和平面問題一樣，用（5-2）式進(jìn)行分析，即：式（5-2）稱為三維光彈性中的應(yīng)力-光學(xué)定律式中：是切片中的次主應(yīng)力差；

n是切片中的等差線條紋級(jí)數(shù)；

d是切片厚度；

f’0表示材料的凍結(jié)條紋值。討論：三維光彈性與平面問題中的應(yīng)力-光學(xué)定律有何不同？如果要得到模型內(nèi)的真正的主應(yīng)力及其方向，如何切片最好？切片的厚度如何控制為好？（一般控制在3mm左右）第9頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§5-3自由表面應(yīng)力測(cè)定工程結(jié)構(gòu)中，最大應(yīng)力往往發(fā)生在結(jié)構(gòu)物的表面，故首先研究結(jié)構(gòu)物表面的應(yīng)力測(cè)定。一般，有兩種方法求物體表面某點(diǎn)處的應(yīng)力。正射法每次都使光線垂直于切片平面照射，如圖5-5所示圖5-5a三維物體包括自由表面O點(diǎn)在內(nèi)的單元體的應(yīng)力狀態(tài)

第10頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖5-5b第11頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第12頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第13頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、斜射法沿x方向切出包括表面O在內(nèi)，厚度為dy的切片，如圖5-6所示。圖5-6a圖5-6b厚度為dy的切片光線沿y照射讀出條紋級(jí)數(shù)nx第14頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖5-6b第15頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

圖5-6c第16頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月斜射法優(yōu)點(diǎn)：只需一次切片，即主切片上即可測(cè)出該片上的所有邊界應(yīng)力值,所以，也稱連續(xù)分析法，減少了切片工作量。缺點(diǎn)：精度比正射法差。注意：斜