全息光彈性法

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全息光彈性法是中國科技名詞。

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目錄

名詞解釋

將全息照相和光彈性法相結合而發展起來的一種實驗應力分析方法。在全息光彈性法中，用單曝光法能給出反映主應力差的等差線；用雙曝光法能給出反映主應力和的等和線。根據測得的等差線和等和線的條紋級數，便可計算出模型內部的主應力分量。

歷史

20世紀60年代後期，M.E.福爾內、J.D.奧瓦內西翁等人將全息照相用於光彈性實驗，獲得了等和線條紋以及等和線和等差線的組合條紋。後來，許多學者應用組合條紋分析平面應力問題。

原理

全息光彈性法所用的全息光彈性儀，其光路中布置有偏振元件，能獲得具有偏振特性的物光和參考光。透過模型的物光和參考光，在全息底片上干涉而成包含着物光波陣面信息的全息圖，經過曝光、顯影和定影以後的全息底片，再用參考光照射，便可再現物光波陣面。如經兩次曝光，將模型承受應力和不受應力兩種狀態的物光波陣面記錄在同一張全息底片上，再現時便可以同時再現承受應力和不受應力兩種狀態的物光，並獲得反映應力分布的兩組物光干涉而得的條紋。

分類

全息光彈性法常用的方法有：單曝光法、雙曝光法C. 雙模型法、旋光器法。

A. 單曝光法

設模型不受應力時，物光波陣面ω0為平面，模型承受應力之後，透過的物光會在模型的兩個主應力方向分解成兩束平面偏振光,其波陣面為ω1和ω2。對承受應力的模型進行單次曝光全息照相後,用參考光照射全息底片,可以再現物光波陣面ω1和ω2。由於這兩個光波具有和參考光相同的偏振特性，故產生干涉，所形成的干涉條紋反映兩個光波ω1和ω2的光程差⊿c=⊿2－⊿1，其光強度為：

式中K為常數，N0為等差線條紋級數。

B. 雙曝光法

在全息底片上，對模型加載前後兩種狀態進行兩次曝光，可以在一張全息底片上，同時記錄下模型不受應力時的物光 ω0和承受應力後的物光ω1和ω2。用參考光照射這張全息底片，便可以同時再現ω0、ω1和ω2三個物光的波陣面，並互相干涉而形成組合干涉條紋。這種組合條紋，可看作是這三種光波中任何一對光波的干涉條紋的組合。兩次曝光獲得的干涉條紋同主應力差和主應力和都有關，它是由等和線條紋和等差線條紋調製而成的組合條紋。

C. 雙模型法

上法獲得的是組合條紋，如作定量分析，還須將等差線和等和線分離開來。一種簡便易行的分離方法是雙模型法，即用具有光學靈敏性的材料製作的模型，通過單曝光法獲得等差線，再用不具有光學靈敏性的材料（如有機玻璃）製成同樣的模型，通過雙曝光法獲得等和線。這種方法的優點是光路系統比較簡單，缺點是兩個模型的幾何尺寸和加載條件不容易完全一致而發生誤差。

D. 旋光器法

另一種常用的方法是採用旋光器。第一次通過模型的物光可以看作是兩束互相垂直的平面偏振光。兩束光通過旋光器,它們的偏振面都會旋轉90°,當它們再由半反射鏡反射而第二次通過模型時，原來快軸方向的偏振光轉為慢軸方向，而慢軸方向的偏振光轉為快軸方向。因此，這兩束光在第二次通過模型時會產生符號相反的相對光程差,使最後總的相對光程差為零,等差線消失。而等和線的條紋級數則由於物光兩次通過模型而增加一倍。此外，由於採用半反射鏡，可以同時用普通照相機拍攝第一次透過模型後的物光而獲得等差線。常用的旋光器有兩種：採用離軸光路的石英旋光器和採用同軸光路系統的法拉第效應旋光器。

用途

全息光彈性法可用於靜態應力測量, 還可用於動態應力測量。採用脈衝激光器作光源進行的全息光彈性實驗，可以同時記錄動態載荷作用下瞬態的等和線和等差線，為分離動態的主應力分量提供了新的途徑。將全息光彈性用於測量熱應力問題時，不僅能獲得等和線，便於主應力的分離，且能獲得和模型厚度變化相關聯的溫度場分布。此外，應用此法還可通過等和線測定裂紋尖端的應力強度因子。