[发明专利]自身可产生干涉条纹的光弹模型

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学测试领域使用的光弹模型。具体是一种自身可产生干涉条纹的光弹模型。是用于光学应力测试中的模型试件。

背景技术

光弹性法是一种光学应力测量方法。它是利用具有双折射性能的透明材料制作成与实际工程结构、部件或零件几何形状相似的模型，并在模型上施加与实际部件相似的载荷，根据光弹性条纹即可计算模型边界和内部各点的应力，再根据相似理论换算成实际工程结构、部件或零件上的应力。但是存在的问题是：要在这种普通模型上产生干涉条纹，需要一套如图1所示的产生干涉条纹所必须的复杂的光学系统。图中S——光源，W——冷却水槽，L₁——准光镜，P——起偏振镜，Q₁——波片，M——模型及加载架，Q₂——波片，A——分析镜(检偏振镜)，L₂——成象透镜，F——滤色镜，R——光，T——投影。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种自身可产生干涉条纹的光弹模型。利用本发明，试件能在普通光源下有外力的作用时即可产生干涉条纹，省略了传统光弹仪的偏光镜、玻片等复杂而庞大的光路系统，使光弹仪完全小型化，便于携带，节省设备投资。

本发明解决技术问题所采用的方案是：一种自身可产生干涉条纹的光弹模型，包括根据受力物体的实际形状、用聚碳酸酯材料制作的和受力物体相似的模型试件，在模型试件的前后两面紧密的附着有偏光膜层。

由于偏光膜的膜材料是掺杂碘分子的高分子聚合物，优选聚乙烯醇。高分子聚合物的大分子键在各个方向上都是完全均匀的无规律排列聚集成膜的，在拉伸之后，几乎所有的大分子链都被迫按照拉伸力方向伸展开来，形成了像栅栏一样的结构和在纵横两个方向强烈的各向异性。由于碘分子沿同一方向排列时具有不对称的电子(云)密度，因此不同方向的偏振光吸收系数不同。若光线的偏振方向与碘分子长轴方向平行，则偏振光会被吸收而无光透过；若光线的偏振方向与碘分子长轴方向垂直时，则偏振光可以完全通过，只有与吸收轴方向平行的线性偏振光才能透过，透过光的强度也随之减弱，将两面贴有偏光膜的模型放在光场中，当光通过偏光膜后，变为平面偏振光，当此平面偏振光进入平面应力状态的聚碳酸酯透明模型时，便分解为振动方向互相垂直的，传播速度不同的两组光，且这两组光分别与模型中的主应力σ₁和σ₂的方向相同，由于两组光在模型中的传播速度不同，透过模型后产生的光程差为Δ，模型内任一点的光程差，与相应点的主应力差和厚度成正比，即：Δ＝ct(σ₁-σ₂)，随后离开模型的两组光进入另一偏光膜，使两组光在同一平面内振动，从而发生干涉条纹。通过数字图像处理技术，可由条纹形状给出应力分布。

本发明的有益效果是：采用该发明的模型试件可省略传统光弹仪的偏光镜、玻片等复杂而庞大的光路系统，使光弹仪完全小型化，便于携带，节省设备投资，特别是在观测应力变化时，甚至在阳光下用手给模型一定的外力，即可在模型上观察到干涉条纹的变化，特别适合教师向学生直观展示对称结构的应力分布、圣维南原理、应力集中等力学概念，让学生能“看到应力应变”，直观生动，方便上课教师携带，真正做到将实验室带进教室。

附图说明

图1是已有技术示意图；

图2是本发明结构示意图。

图中：1、模型试件，2、偏光膜，3、透明胶。

具体实施方式

如图2所示，自身可产生干涉条纹的光弹模型由模型试件1，用透明胶3粘贴在模型试件1前后面上的偏光膜2组成。模型试件1根据受力物体的实际形状、用聚碳酸酯材料制作，与受力物体形状相同或相似；模型试件的大小根据实验条件各方向同比例放大或缩小；透明胶优选环氧树脂胶。在模型试件的前后两面用环氧树脂胶紧密的粘贴有偏光膜2，待环氧树脂完全固化后，即可进行试验。偏光膜厚度根据实验结果在0.04毫米-0.40毫米间都能产生较好的干涉条纹，本实施例采用0.20毫米。偏光膜大小布满模型试件的前后两面。