光弹性散光法

一种实验应力分析方法，利用光线通过光弹性材料时的散光性能进行应力分析。此法的主要特点是在进行三维光弹性实验应力分析时不必破坏模型，有时也可不将模型冻结。1939年，R.韦勒首先提出光弹性散光法，经过D.C.德鲁克、H.T.杰索普、M.M.弗罗赫特等人的努力，到50年代末，它的原理已比较完善，但由于技术上的原因，这种方法未得到广泛使用。60年代激光技术的发展，获得高强度的片光源，才使光弹性散光法得到推广。此法已用来解决扭转、平面应力、表面应力和轴对称应力等的测量问题，但尚难以用于研究较复杂的三维应力问题。

光线通过各向同性的透明介质时，由于介质中的微粒或分子的作用，产生散射光。垂直于传播方向的散射光，是平面偏振光。它的光强度和入射光的性质、材料的散光性能以及观察方向有关。入射为自然光时，在传播轴的所有垂直方向的散射光的光强度相等(图1)。

入射光为椭圆偏振光时，从长轴的垂直方向观察，光强度最大；从短轴的垂直方向观察，光强度最小(图2a)。圆偏振光是椭圆偏振光的一种特例。入射时和自然光相似，在传播轴的所有垂直方向，其散光的光强度相等(图2b)。椭圆偏振光的另一特例是平面偏振光。沿其偏振方向观察时，光强度为零；而从垂直于其偏振方向观察时，光强度最大(图2c)。

光弹性散光法所用的模型材料，主要由环氧树脂和适量的固化剂配制而成。为了增加其散光性能，可加入适量的掺合物，如硅油等。另外，为了除去材料中颗粒较大的杂质，可用聚四氟乙烯制成的过滤器过滤。

用散光法分析纯粹的扭转问题 (图3)有其显著的优点。常常只要一次投射，就可以得到模型截面上剪应力的大小和分布。截面上各点的最大剪应力，决定于该点沿条纹法线方向的条纹级数变化率，即

式中τ为最大剪应力；r为径向距离；N为径向r处的条纹级数为条纹级数变化率。最大剪应力的方向和该点条纹的切线方向相重合。

在研究非圆截面构件、变截面圆杆、带键槽轴和花键轴的扭转等问题中，散光法都有很好的应用效果。

参考书目 M.M.弗罗希特著，黎仲鼎译：《光测弹性力学》，第二卷，科学出版社，北京，1966。(M.M.Frocht，Photo-elasticity，Vol.1.John Wiley & Sons，New York，1948.) A.柯斯克、G.罗伯逊著，王燮山、黄杰藩、金炎、黄永权译：《光弹性应力分析》，上海科学技术出版社，上海，1979。(A.Kuskeand G. Robertson， Photoelastic Stress Analysis，JohnWiley & Sons，New York，1974.)