实验固体力学(1).doc

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1、固体力学实验II结课报告院（系）名称航空科学与工程学院专业名称航空工程学生姓名王燕学号ZY13053102014年6月一、概述为了解决自然界和工程技术中越来越复杂多样的固体力学问题需要提出的更精确的实验方法与更科学的实验过程，由此催生了实验固体力学。实验固体力学研究的内容主要包含两大方面：一是对固体力学进行实验，测量力学量的值；二是研究与开发新型的固体力学实验技术和工程测试手段。随着力学的发展，实验固体力学的特点日益凸显，它是理论与实践联系的关键纽带，并且具有很强的跨学科性，物理学中的声、光、点、磁等现象及其与力学相关

2、的规律均可以用来进行力学量的测试。本课程主要介绍了光测力学的相关方法与用途。其中包括：几何云纹法；云纹干涉法；光弹性法；散斑干涉及剪切散斑干涉法；数字图像相关法；全息、数字全息干涉法等。光测力学方法相比于其他固体力学测试技术具有全场性、非接触性、高精度等有优势，一般以（数字）图像，特别是条纹图像为信息载体，但操作和信息的提取较为复杂，也是光测力学方法的难点。今年来，光测力学方法在科研和工程中得到越来越广泛的应用，涉及的领域有材料、生物、微电子、气象、土木、航空航天等等。近年来，在科学研究上，多场耦合条件下材料的力学行为

3、机制研究是一个重要方向，研究对象向细观甚至微、纳米方向发展，此时，光测力学实验方法几乎成为唯一的选择。在航空航天等工程领域的无损检测方面，泡沫材料、复合材料的大量应用使得传统检测方法的应用受到限制，光测力学方法以其快速、非接触（避免污染）和灵敏的特点正得到越来越广泛的应用。因此研究光测力学具有重要意义。二、各种方法的特点和应用范围1.几何云纹法图1云纹法测量变形原理图1)原理：云纹法又称莫尔纹法，是变形分析的一种模拟方法。在实验力学中,它指的是两个空间频率相差不大的振幅型光栅叠加在一起时所产生的明按交错的条纹图案。通过

4、分析云纹图案和条纹间距,可以测量物体的面内变形和应变以及三维形貌,这种方法成为云纹法。2)特点：云纹法可用感光或腐蚀的方法，在试件表面制成各种栅线，而不致引起试件表面强度的加强或削弱。此法是用光传递栅线变形的信息，所以它的抗干扰性和稳定性都比较好，也适用于非接触式测量。它测量时所使用的设备简单，应用范围广。但如果用此方法测量弹性范围内的微小应变时，还缺乏足够的灵敏度和准确度，但是近年来随着研究的深入也取得了不小的改进。3)适用范围：对于常用的工程材料，包括低弹性模量材料、粘弹性材料、各向异性材料、复合材料等，都可用云纹

5、法进行测试，它能用于测量动载或静载，可以用于测量大变形，还可以用于测定裂纹附近的弹塑性变形场等问题。1.云纹干涉法图2测量面内变形的云纹干涉光路图1)原理：对称与试件栅法向入射的两束相干准直光在试件表面交汇区域内形成频率为试件栅两倍的空间虚栅，当试件受载变形时，刻制在试件表面的试件栅也随之变形，变形后的试件栅与作为基准的空间虚栅相互作用形成云纹图，该云纹图即为沿虚栅主方向的面内位移等值线。2)特点：云纹干涉法具有非接触、实时全场位移和应变分析，高灵敏度，大量程，高反差条纹，良好的条纹对比度，直观等优点。它克服了通常全息

6、干涉法不能直接获取面内位移场的困难，比几何云纹法、散斑照相法更具有灵敏度，而且其量程也不像散斑干涉那样受到严格的限制。但是需要贴和转移光栅，过程较为繁琐。3)应用范围：适用于测量面积较小、变形微小的试件。经过十几年的发展，云纹干涉法的理论研究已基本成熟，应用研究也取得了很大进展。现在云纹干涉法原则上可以获得全息干涉法、散斑干涉法等所能获得的全部结果。几何云纹法与云纹干涉法的特点比较见表1。表1几何云纹法与云纹干涉法的比较几何云纹法云纹干涉法条纹形成机制几何光学干涉物理光学干涉测试分辨率测平面位移时的分辨率为参考栅的一个

7、栅距，一般为10-1000微米受制于光栅的空间频率，以1200l/mm为例，测试分辨率为417纳米测试分辨率均取决于光栅的空间频率变形的正负均可用相同方法判断条纹处理方法相同实现相移方法相同1.光弹性法图3光弹法的光路及光弹条纹场的获取1)原理：光弹性法是应用光学原理研究弹性力学问题的一种实验测量分析方法。将具有双折射效应的透明塑料制成的结构模型置于偏振光场中，当给模型加上载荷时，即可看到模型上产生的干涉条纹图。测量此干涉条纹，通过计算，就能确定结构模型在受载情况下的应力状态。2)特点及适用范围：光弹性法是一种全场性测

8、量法。用这种方法可以了解三维结构内部应力（或位移）分布的全貌，能够清晰地反映出应力集中现象，直观性强、一目了然。特别是由于很多光弹图像都是通过照相、摄影灯方式获得资料信息的，不需在结构物上直接安装传感器或其他测试装置，所以它是非接触式测量，也是非破坏性的测量，而且获得的图像信息还可长期储存。3)应用范围：对于研究结构物的强度问题以