| 单词 | 光力学 |
| 释义 | 【光力学】 拼译：pnotomechanics 是实验力学方法的一种。概括起来说，它包括以下几方面内容。 光弹性法 早在1816年，D．Brewster发现受载的玻璃片放在超偏镜和分析镜之间，在白光的照射下从分析镜中可以看到玻璃片上出现带颜色的条纹，它是由于偏振光场中的玻璃片上产生双折射现象而呈现的，这些条纹的分布与玻璃片上的应力有关。1853年J．C．Maxwell在实验的基础上建立了应力－光学的关系式，它表达出材料主折率与主应力的线性关系，这是光弹性法的基本基本方程，为光弹性法奠定了理论基础。1906年开始使用赛璐珞材料制作光弹性模型以后，光弹性法得到发很大的发展。1931年，E．G．Coker和L．N．G．Filon将光弹性法用于解决工程问题。1931年E．G．Coker和L．N．G．Filon编写了《光测弹性力学》一书。1941年，M．M．Frocht编写了另一本《光测弹性力学》。到20世纪70年代，由于计算机技术的飞跃发展，有人认为有限元计算方法可以代替光弹性法。1967年，D．C．Drucker发表过“光弹性将要灭亡”的论点。实践证明，这种观点是极其狭隘的。1972年，R．J．Sanford否定了这种错误观点，他认为(1)由于多数构件的形状和载荷很复杂，从一个新的未经考验的计算程序得到的应力状态，要用实验方法来验证。(2)由两个或多个的接触面构成的结构，其中接触面的边界条件为未知，甚至随载荷的增加而改变。因此，所选择的计算机程序也必须用实验方法来验证其可靠性。随着光学图像处理技术和计算机技术的发展，光弹性法获得了新的血液，它使光弹性实验应力分析从手工操作向测量与数据处理自动化方向迈进，显著地提高了测试精度和速度。此外贴片法和散光法也属于光弹性法范畴。云纹法 该词外文意思是两块薄丝绸叠在一起显示出的条纹现象，该法也称“莫尔法”。以测量物体面内位移场为例，在物体表面粘贴上一定频率的栅线(一般为几线到50线／mm，称之为试件栅。另外，在物体表面再重叠上一个变形前的栅线，称为基准栅或分析栅。当物体受载后，在白光的照射下，从物体上可以观察到云纹，它与物体的位移场有关。1955年F．K．Ligtenberg用此法解决了板的弯曲问题。1960年，S．Morse和A．J．Durelli用此法进行物体的应变分析。目前，该法已能应用于物体的面内位移、离面位移和表面斜率的测量。随着光学图像处理技术和计算机技术的发展，使云纹法已从手工操作向测量与数据处理自动化方向迈进，显著地提高了测试精度和速度。还应当指出，该法对微小变形缺乏足够的灵敏度，该法不是光学干涉法而是几何干涉法。全息干涉法 1948年，D．Gabor提出一种新的成像原理称为“全息术”，它的特点是能记录物体反射的光强与位相，因此利用全息原理可以记录物体的三维像。具体作法是使来自同一相干光源的两束光(一束是从物体反射来的漫射光，称为物光波；另一束称为“参考光波”)在记录介质上发生光学干涉，经显影和定影处理做成“全息图”。当用原参考光照射此全息图时，由原始的物光波可以被再现出来。当时由于使用绿光通过滤光片和针孔滤波所得到光的相干性不太好，以致使全息术(即全息照相)没能得到发展。1960年发明了相干性极好的激光光源，1962年，E．Leith和J．Upatnieks等的研究使全息术产生了划时代的进展，并进入实用阶段。J．D．Hovanesian(1967)和M．E．Fourney(1968)等提出全息术在光弹性中的应用，将其称之为全息光弹性。目前，全息干涉法在全息照相、全息光弹性、全息测位移和全息测振等方面得到广泛的应用。其测量灵敏度达波长量级。散斑干涉法 在全息干涉法测量中，再现出的物光波里参杂有非物光信息，它以斑点的噪声形式出现，称之为“散班”。后来发现，被看成是噪声的“散斑”与物体的变形有关。1970年，J．A．Leendertz建立了双光束散斑干涉(称为散班照相)的基本原理；1973年，Y．Y．Hung提出剪切(或错位)散斑干涉。目前，散斑干涉法在测量物体面内位移、离面位移、位移导数和测振方面得到广泛的应用。其测量灵敏度达波长量级。云纹干涉法 也称“全息云纹法”，它与云纹法不同，是一种光学的干涉方法。它是利用照射到物体表面光栅上的相干光所产生的衍射光，再通过衍射光之间的干涉而形成云纹的。1970年，P．M．Boone提出了全息制栅法，用两次曝光法得到云纹干涉图。1971年，D．Post和T．F．Maciaughlin利用硅橡胶在试件表面作成正交型栅线，1971年R．W．E．Cook介绍了利用光敏胶制栅的方法。1982年，D．Post制成4000线／mm的栅线，它比云纹法的测量灵敏度提高80～100倍。它可以测量物体的面内位移和离面位移。焦散线法 也称阴影图形法，对于平面应力模型，在外载作用下，对模型厚度变化梯度特别大的区域，在相干光垂直的照射下，则从模型的前表面反射的光线相互干涉，在模型前方投影幕上会出现暗色几何图象，其轮廓线称为焦散线。如为透明模型，则从模型的后表面折射的光线也会形成焦散线。1964年，P．Manogg提出这种实验方法，1971年P．S．Theocaris、1982年A．J．Rosakis等将这种方法用来解决裂纹应力强度因子和接触问题的研究。电子散斑干涉法 简称ESPI，它是一种用来测量光学粗糙表面的位移或变形的干涉计量技术。它利用激光散斑场作为待测表面的信息载体，利用视频技术记录、比较和处理散斑场信息，最后以散斑条纹的形式在显示器上显示出位移等值线。它与全息干涉一样有波长量级的灵敏度。其具有以下3个独特的优越性：(1)ESPI用摄像机和相应的视频图像存储器取代了全息干板，用电子手段实时处理信息，避免了全息干板的处理、复位和再现等过程，并能实时显示干涉条纹。(2)ESPI以每秒30～40帧的视频速度记录散斑场的信息，对工作环境的防震要求降低了。(3)ESPI可在明光下操作，给实验人员提供方便。由此可见，ESPI是一种高灵敏度，易操作和快速的测量手段。目前它主要用于物体的变形测量和无损检测中。1971年，J．N．Butters和J．A．Leendertz首先应用光电子器件－电视摄像机代替全息干板记录散斑图像，并输入给磁带记录仪，由摄像机输入的物体变形后的散斑图像通过电子手段不断与磁带记录仪中的散斑图像进行比较和处理，从而在显示器上能观察到电子散斑的干涉条纹。同年，A．Macovski也发表了类似的文章。当时，受电子技术水平的限制，用来存储散斑图象的磁带记录仪由于有机械误差，容易引起信号畸变，导致条纹分辨率下降，因此电子散斑条纹的颗粒性较强，它一方面限制了能观察到的最大条纹级次，另一方面也不利于条纹的后续处理。1974年，H．M．Pedersen等把硅靶摄像管用于ESPI中，提高了系统对光的敏感度。进入80年代，出现了集成化的电子存储模块，这样，电视图像可以以点阵的形式量化为数字，储存在帧存体中，并能以视频速度存入和读出。利用计算机对在帧存体中的图像进行运算处理而获得条纹，这样就出现了数字散斑干涉术(Digital Speckle Pattern Interferometry，简称DSPI)这种技术进一步降低了条纹的颗粒性，为以后的条纹自动分析打下了基础。目前，ESPI和DSPI已应用于测量三维位移场、位移导数和无损检测中。随着科学技术的发展，建立了一些新的力学分支，并有一些新的交叉学科产生，为了探索它们的基本规律，实验力学(包括光力学)是解决这种问题的重要手段。另一方面实验力学是与国民经济紧密结合的一门学科，随着航天、航空、军工和民用工业的发展，对实验力学提出许多实际问题急需要解决(如热温度场与热应力场分布、材料科学、生物力学、光塑性、光粘弹性、大变形非线线性、动态光力学和探索求解物体内部应力场的无损测试方法等问题)。光力学的发展前景是广阔的，为了发挥光力学的优势，还必须从以下几个方面进行努力：(1)加速将光学数字图像处理技术和微型计算机技术引入光力学方法中。使光学信息的采集和数据处理自动化。从而提高了测试精度与速度。(2)加强光纤技术在光力学方法中的应用。以解决对难以观察的区域进行测试。(3)应用光力学方法为解决薄膜力学、材料强韧化力学和界面力学问题而努力。(4)寻找求解模型内部应力的非损坏性方法。(5)开展动态光学图像的瞬态采集和数字图像的处理技术的研究。(6)发展数值计算与光力学方法的混合法。(7)发挥光力学方法、电测法和数值计算的各自优势，综合起来解决难题。【参考文献】：1 Coker E G, Filon L N G. Treatise on photoelasticity, Lon-don! Cambridge Press, 19312 Morse S.Durelli A. J Proc ASCE,1960,86:43 Gottenburg W G. Exp Mech, 1969,84 Hung Y Y, Hu C P, Taylor C E. Proc SPIE,1973,415 Rosakis A J.Freund B. J Eng Mater Technol, 1982,1046 Post D. Molr'e Interferometry for Deformation and strain stuolies, 1985, (10): 24(4)7 Button B L, Dobbins B N, He S P, Kapasi S, wang L S. 3D Deformation Measurement Using ESPI Proc Appl opt and Opto-Electonics, Nottingham England, 19908 Shellabear M C, Tyrer. Optics and Lasers in Engineering, 1991,15(佚名撰) |
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