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[!--downpath--]光彈實驗報告 一、實驗目的 1.了解光彈儀各部分的名稱和作用，掌握光彈儀的使用技巧。 2. 觀察光彈模型在受力后在偏振場中的光學效果。 3、掌握平面偏振光場和圓偏振光場的產生原理，以及調框（起偏器、檢偏器、1/4波片）的技巧。 4、通過圓盤直徑的壓縮檢測物料的白色系列，通過實驗得到兩端壓縮方塊中心截面的撓度。 5、用理論公式估算方塊中心截面的撓度，并與實驗數據進行比較，判斷實驗數據的準確性。 2、實驗原理與方法首先介紹了極化的概念。 如果光波只在垂直于傳播方向的平面內的某一方向振動，并且光波傳播方向上所有點的振動都在同一平面內，則這種光波稱為平面偏振光。 雙折射：當光波入射到長石、云母等各向異性晶體上時，通常會分解成兩束折射光線。 這些現象稱為雙折射。 從雙折射晶體平行于其光軸切出薄片，一束平面偏振光垂直入射到該片上，光波分解為兩束振動方向相互垂直的平面偏振光，其中一個比另一個大。 一束光束相對較快地穿過晶體。 因此，當薄膜發射時，兩束光波形成相位差。 這兩個振動方向的平面極化相互垂直，它們的傳播方向相同，頻率相等，振幅可以改變。 假設這兩束光的平面偏振為： (1) (2) 式中-振幅-兩束光波的相位差 結合以上兩式(1)和(2)，消去時間t，即合成光路上一點 光矢量末端的運動軌跡方程，這個方程通常是一個橢圓多項式，如果 ，那么這個方程就變成了一個圓的方程： (3)合成光矢量的末端軌跡在光路上任一點的偏振稱為圓偏振，在光路的每一點，合成光矢量的末端軌跡為螺旋線.
因此，要形成圓極化，必須有兩個平面極化，其振動面相互垂直，但頻率相同； 等振幅； 和 π/2 的相位差。 例如，當平面偏振光入射到具有雙折射特性的薄片上時，會分解成兩束振動方向相互垂直的平面偏振光。 當入射平面偏振的振動方向與兩束平面偏振光的方向成45°時，分解出的兩束平面偏振光的振幅相等。 由于兩束光在薄片中的傳播速度不同，穿過薄片后，就形成了相位差。 只要適當選擇薄片的長度，使相位差為π/2，即可滿足形成圓偏振的條件。 因為相位差π/2相當于光程差λ/4（λ—波長），所以這種薄板被稱為四分之一波片。 在波片上，平行于行進速度較快的偏振光片振動面的方向線稱為快軸，垂直于快軸的方向線稱為慢軸。 平面偏振光排列中的光彈效應：光彈法的本質是借助光彈儀檢測光程差的大小，然后根據偏轉光學定理（式4）確定主偏轉差。 . (4) 如圖1所示，符號P和A分別代表起偏器和檢偏器的偏振軸。 將受平面偏轉的模型置于兩個鏡框之間，以單色光為光源，讓光線垂直穿過模型。 設模型上o點主偏斜σ1與偏振軸P的傾角為ψ（圖2）。 圖 1 正交平面偏振光排列中的力模型 圖 2 偏振軸與偏轉軸的相對位置 圓偏振光排列中的光彈效應：在平面偏振光排列中，如果單色光作為光源 力模型中同時出現兩種黑線，即等傾線和等比例線。 這兩種黑線同時形成，相互影響。
為了清除等斜線并獲得清晰的等距線圖案以提高實驗精度，在光彈性實驗中經常使用雙正交圓偏振光排列。 各鏡軸與偏轉主軸的相對位置如圖（3）所示。 圖 3. 力模型排列成雙正交圓極化排列 in a 。 消光（即）發生的條件是光程差是波長的整數倍，所以形成的白色等高線是整數級。 ，即分別為 0 級、1 級、2 級……。 平面元件偏振光排列的消光條件是光程差是半波長的質數倍，所以形成的白色輪廓線是半階的，即分為0.5級、1.5級、2.5級、 ....輪廓線白層元素的確定：在雙正交圓偏振光排列中，力模型呈現以暗場為背景的等高線圖，每一個白層的級數為整數層，即即，N=0, 1 , 2.... 首先確定N=0的點（或線）。 屬于N=0的點稱為各向同性點，即模型上主撓度差為零的點（即σ1=σ2或σ1=σ2=0）。 該點的光程差為Δ=0，所以對于任何波長的光都熄滅產生黑點，對應的白電平為零電平。 只要模型的形狀不變，載荷的點和方向不變，黑點或黑線的位置就不會隨著外載荷的變化而變化。 零級白的判斷方法如下： 1）使用白光源彈力大小的實驗報告單，在雙正交圓偏振光排列下模型上出現的藍色橫條紋（點或線）屬于零級白。 由于光程差為零，對任何波長的光都會發生消光，從而產生黑色和白色。 對于其他非零白色（N≠0），光程差不為零，所以都是有色的。 2）在模型的自由方角上，由于σ1=0和σ2=0，對應的白色系列N=0。 3）在拉伸撓度和壓縮撓度的過渡處必須有一個零級的白色。由于撓度分布是連續的，所以在拉伸撓度到壓縮撓度的過渡之間必須有一個撓度為零的區域，并且它的白色系列 N = 0。 確定零級白色，根據偏轉分布的連續性可得到其他白色系列。
連續性按順序計算出來。 白色系列的增加方向（或減少方向）可以通過使用紅色光源并觀察其等色線的顏色變化來確定。 當顏色變化為黃、紅、藍、綠時，就是級數遞減的方向，反之就是級數遞減的方向。 三、實驗裝置及模型 1、實驗裝置 本實驗采用平行光光彈儀，如圖4所示。 圖4 平行光光彈儀光路1—光源2、6—透鏡3—偏光片4 —模型5—分析儀 7—光屏 8、9—四分之一 波片與光彈儀配合使用前，必須檢查調整各框的位置以滿足實驗要求。 調整步驟如下： (1) 調整光源、各鏡框、鏡片的高度，使它們的中心線在同一水平線上。 (2) 正交面偏振排列的調整：首先，取下兩個四分之一波片，旋轉一個偏振片，使暗場出現，說明它們的偏振軸相互正交。 然后，打開白光源，將標準試件放在加載架上，使試件所在平面與光路垂直，并使其在垂直方向上承受徑向壓力。 同步旋轉偏振器和分析器，直到磁盤幻影上出現正交黑色十字。 這表明兩幀的偏振軸是正交的，但一個偏振軸在水平位置，另一個在垂直位置。 此時兩框的指示刻度分別為0度和90度。 (3)雙正交圓偏振光排列的調整：在調整后的正交平面偏振光排列中，先放一個四分之一波片，旋轉它，使分析儀看到的光場最大。四分之一波片的慢軸分別平行于起偏器和檢偏器的偏振軸。
然后將四分之一波片向任意方向轉動45度，將第二個四分之一波片放入，旋轉使光場再次最黑。 此時，兩個四分之一波片的軸線相互正交，四個鏡框形成所謂的雙正交圓偏振光排列。 此時四分之一波片的指示刻度應為45度。 二、實驗模型 模型材料為多氯脂，模型為帶孔的正方形薄片，如圖5所示。 圖5 實驗模型 四、實驗步驟 1、模型白度值的測定 1) 測量原理 幾何結構徑向壓縮圓盤的規格如圖6所示。根據彈性熱理論，圓盤中心的撓度為公式（5） (5) 從光彈性實驗的等值線圖中，白色系列N在中心測量圓，計算材料的白度值如式(6) ( 6) 圖6 圓盤幾何規格 2) 實驗步驟及估算 a) 依次對模型施加不同載荷，但相差9.5N，觀察不同負載下圓心的白色系列，記錄數據。 （重復多次） b) 計算ΔN，ΔN=0.8125水平。 c) 檢查模型的半徑D和長度h彈力大小的實驗報告單，D=44mm，h=5mm。 d) 將式(6)改寫為式(7)，將值帶入式(7)得=0.667N/mm·級。 (7) 2.得到試驗模型的等高線圖 1)將試驗模型固定在試驗裝置中，并在試驗模型上加280N的載荷。 2) 模型上出現等高線圖，用單反相機拍照，如圖 7 所示。 圖 7 模型等高線圖 五、實驗估計 1. 在模型中間的橫截面上，只有拉壓撓度和彎曲撓度受到影響，所以中間橫截面的撓度是兩者之和。
拉壓撓度估算公式如式(8)所示，彎曲撓度估算公式如式(9)所示。 (8)(9)2。 根據等高線圖，在截面上的一些點上畫出級數，最后根據這個點擬合出一條直線。 如圖8所示。 圖8 實驗數據處理結果 3. 根據圖8，模型受力后，中性層產生偏斜。 從圖中可以明顯看出，在沒有受力的情況下，中性層與實際中性層的距離為4.06mm。 在實際中性層=+=0N/mm2。 =1.77N/mm2，所以=-1.77N/mm2。 4. 通過估算剪切力，=4.06mm，==1575.8mm4，所以=0.69N?m。 6. 理論估算 首先根據理論公式估算方塊中心截面的撓度 圖9 給出了模型解：沿水平半徑切割方塊。 從荷載的對稱性可以看出，截面上的彎矩為零，只有軸力和撓度。 借助平衡條件很容易求得，所以只針對冗余約束，記為 。 正方形的縱橫方向對稱，只能研究正方形的四分之一（如圖9）。 由于對稱截面A和B的角點為零，這樣可以以截面A為固定端，截面B的角點為零作為修正協調條件，記為(10). 時，B段角為 ，單獨行動時，B段角。今天的估計和。 根據單獨加圖作用下的撓度圖，得到單位質心矩下的撓度圖(11) (12)，所以(14)中的(13)最終得到(15)，并將其帶入參數估計。 最后的中段也受到壓縮撓曲，所以中性層偏斜了一定距離，現在我們從理論上估計中性層的位置。 估計壓縮撓度 (16)(17) 以便中性層與中點的距離。 7、實驗評價 偏差估計值： (18) (19) 計算偏差在10%以內，實驗結果符合要求。