一种非均匀介质光弹试验新方法
【专利摘要】本发明公开了一种非均匀介质光弹试验新方法，该方法由模型箱制作、涂脱模剂、制作板状模型、切割颗粒模型、模型填充粘结、加载和图像拍摄处理步骤组成。其特征在于模型箱由钢板、耐高温橡胶、钢化玻璃和螺丝钉组成；颗粒模型由台钻和中空钻头制作而成；模型填充粘结材料根据相似原理选择；面光源实现光源颜色自动和手动快速变换；后处理软件可自动筛选不同颜色光源下得出的应力云图，并自动处理得出应力级数变化曲线。主要优点是基于光学和模型相似原理，结构简单，易于实现；可得非均匀介质模型的应力分布和演化情况；注模和加载装置使用同一套设备，节省材料，降低造价，减少误差；光源快速切换，可以同时得出不同光源下的应力云图。
【专利说明】一种非均勾介质光弹试验新方法
【技术领域】
[0001]本发明属于实验力学领域，特别涉及一种非均匀介质光弹性试验的实验室测试新方法。
技术背景
[0002]光弹性试验是利用光的波动性(偏振、双折射、干涉、衍射等)进行应力测量的实验方法，属于力学的传统试验。某些高分子材料(环氧树脂、聚碳酸脂等)具有暂时双折射效应，制成与实物形状和尺寸几何相似的模型，并且给模型施加与实物相似的载荷，在特定的偏振光场中观察，模型中出现与应力有关的干涉条纹。依照光弹性原理，可以算出模型内各点的应力大小和方向，实物的应力可依据相似理论换算得到。
[0003]由于光弹性方法具有直观性，可以直观测量应力的大小和方向、显示全场应力分布，对应力进行全场分析。特别对于复杂结构的应力集中问题具有良好的效果。
[0004]然而由于制模和加载装置的限制，其应用往往局限于单一整体试件或均匀介质的应力分析。而对于非均匀介质力链的分布演化分析未有涉及。开发一种适合非均匀物质力链分析的新方法，可以测量非均匀介质模型的应力分布和分析其力链的演化规律，可以有效填补光弹性试验方法在本方面应用的空白，使光弹试验在非均匀介质力学分析上进行推广应用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种非均匀介质光弹试验新方法，解决进行非均匀物质室内光弹性试验需要的新方法。
[0006]为达到本发明的目的，采用的技术方案如下:
[0007]一种非均匀介质光弹试验新方法通过如下步骤实现:
[0008]1.模型箱制作。模型箱由开孔L型不锈钢板F3、开孔橡胶片F2、开孔钢化玻璃Fl和螺钉F4组成。开孔尺寸和间距一一对应。然后拼装而成。
[0009]2.涂脱模剂。
[0010]3.制作板状模型。
[0011](I)将已混合的环氧树脂和固化剂在一定温度下混合搅拌，并放置一定时间。
[0012](3)使用底浇法将环氧树脂混合物浇铸进模型箱。
[0013](4)模型固化。把注满环氧树脂模具垂直放进恒温箱内进行第一次固化。待模型完全胶凝后脱模，并把模型放进甘油中进行第二次固化，甘油完全浸没模型。
[0014]4.把板状模型切割成圆饼状颗粒模型。
[0015]将第二次固化完成后的板状试件用台钻和不同内径的玻璃钻头加工成不同直径的圆饼状模型D3若干个。机械加工时，注意注水降温，温度控制在100°C以内。吃刀量要小，转速要尽量高。另外最好模型上套一木质或胶皮外套，安装在固定装置上，以防把模型损坏或产生过大的初应力。[0016]加工后，把试件放到光弹仪上观察，对初应力大的试件要进行退火处理。
[0017]5.填充、粘结
[0018]根据模型几何相似比例，把制作的圆饼状模型平铺在玻璃板上，根据模型弹性模量相似原理，选用合适弹性模量的玻璃胶、硅胶等粘结剂进行粘结，将模型形成统一整体。
[0019]6.加载
[0020]加载装置由加载架E1、模型框E5、百分表E3组成。其中，模型框和注模框为同一个玻璃框架。倒满甘油，以平衡自重和起到润滑作用，降低模型与加载框架的摩擦。
[0021]7.照射、拍摄、图像处理
[0022]图像装置由现行已有的409-11型光弹仪改装而成。包括:面光源B2、起偏镜D1、两块I / 4玻片D2和D4、检偏镜D5、摄像头C2与图像处理装置C3组成。其中，面光源由计算机液晶显示器提供，分白色、绿色、红色、蓝色四种颜色。颜色选择通过计算机编程实现，实现由白色光源自动切换和手动切换两种模式。当选择自动模式时，显示器的颜色自动在白色和绿色之间定时切换，以方便拍摄不同时刻模型在白色光源和单色光源下的应力云图；当点选鼠标时，计算机屏幕依次显示白色、绿色、蓝色、红色和黑色(关闭)五种颜色。
[0023]拍摄由摄像头C2实施。拍摄图像直接存储于计算机中，导入编制的计算机程序，实现自动筛选不同颜色光源下得出的应力云图，并自动处理得出应力级数变化曲线。
[0024]实施案例
[0025]一种非均匀介质光弹试验新方法通过如下步骤实现:
[0026]1.模型箱制作。模型箱由开孔L型不锈钢板F3、开孔橡胶片F2、开孔钢化玻璃Fl和螺钉F4组成。开孔尺寸和间距一一对应。然后拼装。
[0027]2.涂脱模剂
[0028]脱模剂由挤出级聚苯乙烯和甲苯混合并静置72小时后过滤得出。用浸泡法将整个模型泡到脱模剂中。然后拿出通风晾干。
[0029]3.制作板状模型。
[0030](I)将环氧树脂倒在一个大烧杯中，然后连同烧杯放进100°C的水浴锅中煮沸一小时，并不断搅拌，以挥发杂质和沉淀渣子。
[0031](2)把固化剂也倒在一个烧杯中，在大约80°C的水浴锅中充分熔化。
[0032](3)把环氧树脂和固化剂放于60°C的烘箱中保温，且用玻璃片把杯口盖住，防止烘箱中的杂质掉进去，温度一定要控制在60°C左右。把固化剂倒入环氧树脂中。边倒边沿一定方向均匀缓慢搅拌，温度严格控制在50-60°C之间。约搅拌20分钟后，连同模具一块放进恒温在52°C烘箱中静放，待没有气泡时，利用底浇法进行浇铸。
[0033](4)模型固化。把注满环氧树脂模具垂直放进恒温箱内以52°C进行第一次固化48-72小时。待模型完全胶凝后脱模，并把模型放进甘油中进行第二次固化，甘油完全浸没模型。
[0034]4.把板状模型切割成圆饼状颗粒模型
[0035]将第二次固化完成后的板状试件用台钻和内径分别为6mm，8mm和IOmm的玻璃钻头加工成6mm, 8mm, IOmm的圆饼状共400个。机械加工时,注意注水降温,吃刀量要小，转速要尽量高。另外最好模型上套一木质或胶皮外套，安装在固定装置上，以防把模型损坏或产生过大的初应力。[0036]加工后，把试件放到光弹仪上观察，对初应力大的试件要进行退火处理，退火曲线如图2所示。
[0037]5.填充、粘结
[0038]根据模型几何相似比例，把制作的圆饼状模型平铺在玻璃板上，根据模型弹性模量相似原理，选用合适弹性模量的玻璃胶、硅胶等粘结剂进行粘结，将模型形成统一整体。
[0039]6.加载
[0040]加载装置由加载架E1、模型框E5、百分表E3组成。其中，模型框和注模框为同一个玻璃框架。倒满甘油，以平衡自重和起到润滑作用，降低模型与加载框架的摩擦。
[0041]7.照射、拍摄、图像处理
[0042]图像装置由现行已有的409-11型光弹仪改装而成。包括:面光源B2、起偏镜D1、两块I / 4玻片D2和D4、检偏镜D5、摄像头C2与图像处理装置C3组成。其中，面光源由计算机液晶显示器提供，分白色、绿色、红色、蓝色四种颜色。颜色选择通过计算机编程实现，实现由白色光源自动切换和手动切换两种模式。当选择自动模式时，显示器的颜色自动在白色和绿色之间定时切换，以方便拍摄不同时刻模型在白色光源和单色光源下的应力云图；当点选鼠标时，计算机屏幕依次显示白色、绿色、蓝色、红色和黑色(关闭)五种颜色。
[0043]拍摄由摄像头C2实施。拍摄图像直接存储于计算机中，导入编制的计算机程序，实现自动筛选不同颜色光源下得出的应力云图，并自动处理得出应力级数变化曲线。
[0044]本发明的优点为:
[0045]1.本发明基于光学和模型相似原理，结构简单，易于实现。
[0046]2.试验方法简便，便于推广应用。
[0047]3.本发明可以得出非均匀介质模型的应力分布和演化情况，便于分析。
[0048]4.本发明注模和加载装置使用同一套设备，节省材料，降低造价，而且减少了不同设备尺寸误差导致的尺寸差异，摩擦增大等问题。
[0049]5.光源快速切换，可以同时得出不同光源下的应力云图。
[0050]说明书附图
[0051]图1、2、3是本发明的组成部分示意图:
[0052]Al——平台 A2——轨道底板
[0053]A3-导轨
[0054]BI——支座B2——液晶显示屏
[0055]B3-计算机
[0056]Cl——支座C2——摄像头
[0057]C3——计算机
[0058]Dl——起偏镜D21 / 4玻片
[0059]D3——模型D41 / 4玻片
[0060]D5——检偏镜
[0061]El——加载架E2——砝码
[0062]E3——百分表E4——加载钢板
[0063]E5-加载框
[0064]Fl——玻璃板 F2——橡胶片[0065] F3-不锈钢板 F4-螺钉
【权利要求】
1.一种非均匀介质光弹试验新方法，其特征在于由模型箱制作、脱模剂涂抹、板状模型制作、圆饼状颗粒模型切割、模型填充粘结、加载和图像拍摄处理步骤组成。其特征在于圆饼状颗粒由台钻和内径为若干毫米的中空钻头，在严格控制钻进温度情况下制作而成。模型填充粘结材料根据非均匀介质的原型和相似原理选择。
2.一种非均匀介质光弹试验新方法，其特征在于面光源由开发的计算机程序实现光源颜色的自动和手动模式兼具的快速变换。
3.一种非均匀介质光弹试验新方法，其特征在于后处理软件可自动筛选不同颜色光源下得出的应力云图，并自动处理得出应力级数变化曲线。
【文档编号】G01L1/24GK103698062SQ201310505169
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】周翠英, 李伟科, 李拔通 申请人:中山大学