《光弹性材料和模型》PPT课件

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1、第三章光弹性材料和模型3-1光弹性材料光弹性材料是光弹性应力分析中的一个关键问题。只有良好的材料才能充分显示出光弹性效应，才能据此分析各种力学问题。一个多世纪前，光弹性效应被发现，逐渐形成光弹性原理。为什么直到二十世纪中期才得以发展呢？因素之一就是由于当时材料不灵敏，模型难以加工。二十世纪环氧树脂材料出现以后，逐渐形成了以环氧树脂这种高分子聚合物为基础原料的光弹性材料，大大推动了光弹性法的发展。除上述光弹性材料外，还有一种热塑性聚碳酸酯材料，它光学灵敏度高，不仅能充分地反映光塑性效应，还能很好地反映出光弹性效应，所以可用以研究光弹性问题。理想的光弹性模型材料应满足下列要求：1,未

2、受力前为光学各向同性、均质、色浅、透明度好、受力后具有暂时双折射效应；2,光学灵敏度高，即材料条纹值低，弹性模量量大；3,应力-应变和应力-条纹级数的比例极限高；4,力学蠕变和光学蠕变效应小，指在一定载荷作用下，条纹几乎不随时间而增加，或增加得极小；5,初应力和时间边缘效应小；6,易于机械加工（车、刨、铣、钻、锉、攻丝等）成各种形状的光弹性模型；7,冻结应力的模型材料要具有良好的“冻结”性能；8,价格低廉。迄今为止还没有这样理想的材料，目前仅能获得基本满足光学弹性实验要求的材料。本章中介绍的是目前所用的材料浇制工艺及性能3-2环氧树平板材料其配合比为：环氧树脂：顺顶烯=酸酐=10

3、0：35（3-1）为了增加材料的塑性，可以加少量的增塑剂（邻）苯=甲酸=丁脂（简称二丁脂），其配比为：环氧树脂：顺顶烯=酸酐：丁脂=100：35：5（3-2）加入少量二丁脂可以调节材料的塑性，改进材料的脆性，但加入过量二丁脂会使材料弹性模量降低，加载后产生变形过大。另外加入二丁脂后，要适当延长搅拌时间。以免由于材料不均产生云雾及增加材料的时间边缘效应。制作环氧树脂板材工艺流程：计算及称出材料用量。首先根据拟浇制的板材的体积V，估算出板材的总重量G。环氧树脂原材料的单位体积重r=12.5KN/m3.根据重量配比算出每种原材料的用量：环氧树脂重量G1为G1=100÷135G顺丁烯二酸

4、酐重量G2为G2=35÷135G（3-3）把称好的原材料各放入一个容器内，并分别放进烘箱，加温到70ºC左右，直到熔化为白色透明的液体。环氧树脂预热温度为60ºC左右。此时对环氧树脂液体进行搅拌，边搅拌便将熔化的顺丁烯二酸溶液倒入环氧树脂溶液中，搅拌温度70ºC±2ºC，不要超过90ºC，以免发生硬化。搅拌时间按长短根据材料用量多少而定，一般为1-2个小时。二．制作模具用两块厚6mm的玻璃板，尺寸根据需要而定，一般是400x400mm，500x500mm为宜。表面处理：用去污粉处理，干后用丙酮擦洗去油腻。橡皮管洗净：橡皮管直径应选比板材厚度大一些，利用它的弹性调节平板所需的厚度。

5、橡皮管外表面涂上一层薄薄的硅酯，作为脱模剂。夹具准备：准备两副扁铁或角铁后，将夹具清理干净。合模：将二块玻璃板叠起来，二块玻璃之间用橡皮管把三边围住，空出的一边作为倒入搅拌好的环氧树脂混合液的入口，然后，用两副扁铁把两块玻璃板夹紧固定。厚度用标准厚度铁块控制。图3-1涂脱模剂：脱模剂采用聚苯乙烯甲苯溶液，其配合比为（8~10）：100…(3-4)将脱模剂倒入模具内，然后再倒出来，将模具倒放置，放入40ºC~50ºC的烘箱内预热。浇注环氧树脂板材：将已搅拌好的环氧树脂混合液徐徐倒入已预热的模具内，然后，放入烘箱内进行固化。固化曲线按图3-2所示图3-2板材固化温度曲线其固化温度为9

6、0ºC，最高不超过120ºC。环氧树脂固化后，即可取出拆模，将拆模后的板材平放于玻璃板上，在放进90ºC的烘箱内恒温12小时之后，按5ºC/小时的速度降温，至60ºC后，切断电源，自然降温。在平面模型试验前需按图3-3（P70）的温度曲线进行退火，以消除初应力。图3-3板材退火温度曲线光弹性材料浇制3-3聚碳酸酯平板材料聚碳酸酯是60年代发展起来的一种热塑性材料，这种材料的抗拉强度大，抗冲击强度高。耐热耐冷性和抗蠕性好，应力-光学灵敏度高，无毒、色浅，透明度好，是一种理想的光塑性材料，同时选用适当的制作工艺及加工方法后，亦可以成为很好的光弹性材料。先将聚碳酸酯材料与环氧树脂材料的

7、力学性能比较。见表3-1如果需退火处理，对于用注射法成型的，其厚度在7mm以上的材料，退火温度曲线如图3-4所示。图3-4聚碳酸酯退火温度曲线3-4三维光弹性模型浇注三维光弹性环氧树脂模型，其原料配方基本上与平板相同。但是，当立体模型较大时，或当精密制造复杂光弹性模型采用石蜡混合磨具时，必须低温固化，此时，为了缩短固化时间，可以加入1-3%的催化剂二甲基苯胺。其配比为：610#环氧树脂：顺丁烯二酸酐：：二甲基苯胺=100：35：1.1~0.3一、浇注坯模，机械加工成型如果模型的几