光测应力分析技术

---

光测应力分析方法，是采用有双折射效应的材料(例如环氧树脂)制成与构件几何形状相似的模型，施加与实际载荷相似的力，利用偏振光透视，得到干涉条纹，用以计算模型表面和内部各点的应力，采用这种应力分析技术，可以求得应力集中系数、研究构件应力分布规律以及校核已有应力计算方法的正确性。

4．2．1 光弹性原理

如图1．3－48所示，一束自然光通过起偏镜后，便得到平面偏振光。在它垂直透射过受载平面模型时，将沿著透射点的两个主应力σ₁和σ₂方向分解成两束速度不同的平面偏振光，而且二者有一相对光程差△。实验证明，此光程差△与该点主应力差(σ₁－σ₂)成正比，与模型厚度t成正比，即：

△=Ct(σ₁－σ₂) (1．3－99)

式中C为应力光学特性系数。这两束光程差为△的偏振光，通过检偏镜后发生干涉。当检偏镜与起偏镜的偏振轴相互正交时，干涉后的光强度I为：

等差线；若△=nλ(n=0，1，2，…)时，I=0，此时产生的干涉条纹称为等差线。它是模型上光程差△等于光源波长λ整倍数的点形成的暗条纹。等差线上主应力差值为

S－光源(平行光系统中为点光源)，E－毛玻璃，D－光栏，L₁－聚光镜，L₂，L₃－准直透镜，L₄－成象透镜，F－滤色镜，P－起偏镜，A－检偏镜，Q_1，Q₂－四分之一波片，C－照相机

4．2．2 二维光弹性应力分析

许多构件，如圆柱直齿轮、连杆、吊环等，其应力状态沿厚度方向不变，可以采用平面模型进行光测应力分析。

边界点应力；在模型边界上，两主应力方向已知，即垂直于边界和与边界相切。垂直于边界的主应力值等于外力压力值p。由此可以直接求得与边界相切方向的主应力值，其算式为

通常采用逐点求和的数学表达式来确定0，1，2，3，…，i，…P点的σ₂值。例如

方法：先将短梁画好线，选待求应力的横截面OE的边界点OO为原点，以OE为x轴，梁轴线方向为y轴。然后在截面OE两侧各离截面OE为=2mm处取辅助截面AB和CD，测点间距△x=△y。在截面OE上共有13个测点，AB和CD截面上各有12个测点。用光弹性实验测出各测点的主应力方位角θ(根据等倾线图)和等差线条纹值n，最后用剪应力差法算式逐点计算OE截面上各测点的正应力σ_t和σ_y，计算结果见图(c)。