光弹性实验——(三)三维光弹性实验的“冻结”法

“冻结”法是当前解决三维应力分析问题比较有效的方法,在工程中已获得了广泛的应用。 “冻结”法的实验程序是:三维模型的应力“冻结”→沿需研究的截面切出薄片→将切片夹持于旋转台上,用偏光弹性仪或偏光显微镜,以平行光法或聚敛光法进行实验量测工作,获得必要的数据——等色线及等倾线→根据实验数据进行应力计算,给出工程中提出的应力分析问题。     

散斑光弹性干涉法

全息干涉法和普通光弹性法相结合产生了全息光弹性法。与此类似,本文建议将散斑干涉法和光弹性相结合形成具有一定特点的散斑光弹干涉法。近十几年来,散斑干涉法得到了很快的发展,可以获得面内或离面位移,错位散斑干涉法则可获得位移梯度场。本文建议将光弹性透明模型置于双光束散斑干涉光路中,通过两次曝光法可以获得模型的应力条纹图案。但和全息光弹性法相比,只要选择合适的漫反射器,用散斑光弹干涉法可以获得不受等差线干扰的、单纯的等和线条纹图。同样的理由,也可以获得三维应力模型冻结切片的等和线条纹图。更有意义的是采用双光片散光穿透模型的散斑光弹性干涉法将有可能获得整体三维应力模型内部的绝对光程应力条纹图,这将为三维应力分析提供一种新的实验方法。     

用全息光弹性法解三维应力分析问题

本文介绍了进行三维应力分析的全息光弹性方法及有关技术,分析了全息光弹性方法的主要困难在于冻结材料的应力光学常数比B/A接近-0.5,并提供了一种新的光弹性材料制作和冻结工艺。这种材料冻结时的应力光学常数比可以远离-0.5。用这种材料制成的三维模型,可以通过全息光弹性方法获得三维应力的全应力实验解答。用这种方法测定了对径受压圆球和高压压头对称断面上的应力分布。实验结果和理论解进行了比较。     

用光弹性法测定复合应力强度因子

工程结构裂纹尖端应力强度因子(SIF)由于形状、荷载的复杂性及边界条件的不确定性,难以用解析法得到,数值计算也有困难,而光弹性法弥补了上述方法的不足。本文用环氧树脂制作圆轴模型,采用机加工的方法制作圆轴模型裂纹,然后将加载模型进行应力冻结,通过光弹性实验研究分析了圆轴裂纹尖端应力分布。由于带环形裂纹的圆轴在弯扭组合变形时,离中性轴最远的裂纹尖端处于复合裂纹状态,而三维光弹性应力冻结法是测定复杂三维问题复合裂纹的有效方法。本文用双参数法测定I型应力强度因子,用切片逐次削去法测定Ⅲ型应力强度因子,实验误差较小。     

三维光弹性中预应力结构的应力冻结研究

本文提出用三维光弹性应力冻结法模拟分析预应力钢筋混凝土结构中的应力。通过模拟体与实体结构的相似性研究,给出了模型载荷比例系数Cq参数,通过参数合理的选取,有效的解决了应力冻结水平预测这一技术关键;用光弹性应力二次冻结法,将结构预应力和负载应力冻结在同一试件中;应分析精度对模型尺寸的要求,采用了精密浇铸的方法制作模型。此外,还研制了受力清晰明确的加载系统。对这些涉及应力冻结的若干关键问题结合工程实例进行探讨。实验应力分析结果与有限元数值法一致性较好。     

数字光弹性法综述

将光弹性法与计算机图像处理技术相结合 ,来自动采集光弹性数据和分析应力的方法 ,称为数字光弹性法 ,与传统光弹性法相比 ,它可以进一步提高实验速度和精度。本文详细讨论了以下两个方面 :一是光弹性条纹的细化和倍增处理技术 ;二是自动确定光弹性参数的技术 ,包括相移法、傅立叶变换法、逐步载荷法、广谱分析法和RGB光弹性法等。通过对近二十年来国内外在这些方面的研究、应用和进展作了综述 ,认为采用白光的彩色域相移技术计算光弹性等倾角 ,结合采用白光源或三色光源的相移法来确定光弹性等色线级数 ,有望成为解决静态二维和三维冻结模型薄切片应力分析的最佳方法 ;另外 ,设计一种能实时和同步采集多幅条纹图的实验装置 ,通过相移法来自动获取动态光弹性数据 ,是数字动态光弹性法很有前景的发展方向     

双向应力状态下三维球形空穴应力集中的实验研究

用光弹三维应力冻结切片法研究了双向应力状态下球穴附近应力分布和集中问题，介绍了含球穴的三维光弹性模型的尺寸确定、浇注工艺和实现双向应力状态及大面积均匀拉伸加载的方法，分析了在特定平面上的正应力σ，剪应力τ沿球穴边缘的分布及衰减规律。文中对实验数据进行了统计分析处理，证明了实验与理论结果符合一致     

焦散线法与应力“解冻”法相结合分析弹性半空间接触问题

本文将焦散线法实验技术与三维光弹性中切片“解冻”技术结合起来,分析了半空间体在边界上受切向和法向集中力作用时的接触问题。实验得到的焦散线图象与理论结果符合良好,从而为焦散线法的应用开辟了新的有效途径。本文的最后,提出了一个测定光弹性材料冻结时力学性能的新方法,实验结果与用拉伸试件测得的结果比较,两者吻合良好。     

消息与动态

光调制自动光测弹性仪通过技术鉴定北京大学无线电系、物理系、力学系、电子仪器厂协作研制的光调制自动光测弹性仪可对平面光弹性模型(或三维应力冻结切片)上所测各点的主应力差N和主应力方向α进行逐点自动采集,通过微处理机算出所测截面的σ_x,σ_y和τ_(xy),并可将所得结果即时显示、打印和绘图。由于该系统采用光调制技术,待测各点的主应力方向和主应力差     

用三维应力冻结切片光弹性法设计柴油机的活塞

活塞是柴油机主要的运动件之一,由于它承受机械载荷的同时还受热载荷的作用,因而对它的设计提出了严格要求。活塞结构非常复杂,必须做较多的简化才能用有限元计算,故不能逼真地反映实际情况。用三维应力冻结切片光弹性,能对复杂形状及复杂载荷作用下的结构进行分析,能直观地获得结构全场信息和应力集中点的峰值,特别是可以直接得到设计者所感兴趣的边界应力,因而成为解决工程结构应力分析的重要工具。     

消息与动态(36)

光调制自动光测弹性仪通过技术鉴定北京大学无线电系、物理系、力学系、电子仪器厂协作研制的光调制自动光测弹性仪可对平面光弹性模型(或三维应力冻结切片)上所测各点的主应力差N和主应力方向α进行逐点自动采集,通过微处理机算出所测截面的σ_x,σ_y和τ_(xy),并可将所得结果即时显示、打印和绘图。由于该系统采用光调制技术,待测各点的主应力方向和主应力差 ...     

上尖牙远中移动施力方式的光弹性研究和临床实践

本文利用三维光弹性冻结切片法，研究了在各种不同施力方式下，牙周组织的应力分布规律。研究对象是我国１２～１５岁儿童牙齿。光弹模型采用了牙齿、牙周膜和牙槽骨的组合式模型。得出了施加一个水平力的同时再加一个力偶为最佳施力方式，在正畸矫治中它能使牙齿产生较快整体移动的效果。临床实践证明该方法可行疗效显著。     

渐开线齿轮接触应力测量实验方法研究

采用光弹性三维剪应力差法对接触应力进行了研究.根据相似原理将模型在载荷作用下进行应力冻结;通过模型切片及分析对渐开线齿轮接触应力进行测量,并采用赫兹接触理论和有限元方法分析渐开线齿轮的接触应力.试验结果表明,接触正应力小于Hertz接触理论解及有限元计算结果.因接触点的应力梯度很大,剪应力差法受网格密度的制约,均化了接触点的实际应力梯度.但是,其误差仍在合理范围内,完全可以满足工程需要.试验测量值与赫兹接触应力理论值及有限元结果的比较表明,该方法是合理可行的.     

接管内拐裂纹K_I的光弹测定

接管内拐角部位裂纹的断裂力学分析是很有实际意义的.本文利用三维光弹性冻结切片法对K_I沿平板—接管及圆柱—接管二种模型内拐角裂纹前缘的分布进行了测定,同时,利用所得的实验结果对某些疲劳裂纹扩展现象进行了定性的解释.     

网状系杆拱连续梁桥的光弹性应力分析

采用光弹性冻结应力法对网状系杆拱连续梁桥进行了不同工况下的应力分析，给出了边界应力分布和主应力迹线，为优化工程设计提供了参考依据．     

橡胶类零件有限变形应力分析用的三维光弹性方法

在应力冻结法基础上，建立了橡胶类零件有限变形应力分析用的三维光弹性方法，被研究对象的拉格朗日应变可达１５％。用一个应力集中三维效应的实例说明了本方法的有效性。     

使用焦散线法与光弹法测定三维裂纹混合型应力强度因子

本文介绍了将焦散线法与应力冻结，“解冻”技术相结合，使焦散线法用于测量三维体内部裂纹前缘应力强度因子的实验方法，并针对复杂应力状态下三维裂纹前缘的不同应变奇异场，合理地综合运用焦散线法与三维光弹法，实际测量与分离了三维裂纹前缘混合型应力强度因子。     

五腿混凝土平台的三维光弹性应力分析

本文叙述了三维光弹性在五腿混凝土平台中的应用。为了简化和完成这个试验,采用了模拟四分之一的平台结构的光弹性模型,它承受着与原型相应的各种荷载,并且仔细地处理了它的边界约束条件。实验分析采用冻结法,最后确定了一些重要截面内外边界上的轴向和环向应力,并且得到了腿柱和罐体连接部位的应力集中。     

固体火箭发动机燃烧室光弹性分析

本文运用光弹性法研究了某型固体火箭发动机燃烧室内端燃型药柱和星柱型药柱两种形状的固体复合推进剂的残余应力场,测定了光弹材料的弹性模量、泊松比、线胀系数、材料条纹值和冻结温度,获得了光弹材料在压应力和温度应力下的等差线条纹图,分析了应力分布情况.     

复杂三维结构物的光弹性实验研究

应用光弹性原理和方法，根据有关相似原理，对研究对象的几何尺寸进行缩比、模型设计及加工成型．然后将模型在危险载荷作用下，进行应力冻结、切片及应力分析．确定了模型不同截面上的应力及其变化规律，为优化设计和调整数值计算方法提供了有价值的依据．