千亿球友会

应用光弹方法可以将基础力学教学中一些抽象的力学概念，如应力集中、圣维南原理等 以图像方式生动地展示给学生，从而有助于学生理解并提高教学效率
。但实际教学中该方法 的优点并没能得到充分发挥，主要原因可能有以下两点：（1）相关课程的学时普遍压缩，没有时间安排实验；（2传统的光弹教学设备在结构和操作上比较复杂，有一定的技术门槛
， 只能由专业人员操作、演示

针对目前状况，我们开发了一款结构特别简单、轻便的光弹实验系统
，如图 1 所示。它 只有集成光源（150mm 见方的发光面）
、加载架/试件、相机和笔记本电脑组成，使用完毕可 以折叠并且收纳到外形尺寸为 400mm×250mm×150mm 的手提箱内，总重不到 5Kg。该新型光 弹设备只需一次拍照即可快速实现主应力方向场和相位差场的定量测试，其技术核心就在于 最近几年才出现的像素偏振相机的应用和偏振图像的新型算法上，复杂的算法和信息处理全 部由软件完成，操作者只需加载并输入相关参数即可完成应力场的计算和显示（可以投影到 教室的大屏幕上）。通过以上硬件和软件的升级改造
，理论课教师可轻松将设备携带至课堂上
， 并在 10 分钟内完成一个知识点的随堂演示实验。

　　系统的加载方式包括
：拉伸和压缩(带有偏压自纠底座)、三点和四点弯曲;

　　利用该系统可以展示如下知识点
：

　　●  不同大小的圆孔周围的应力集中现象及应力集中系数测试 (材料力学
、弹性力学);

　　圆孔聚集对应力集中行为的影响(弹性力学);

　　●  圣维南原理(材料力学、弹性力学);

　　●  纯弯曲梁的应力分布特点(材料力学、弹性力学)
，三点弯曲梁的应力分布特点(弹性力学);

　　●  受载的杆和梁上外凸和内凹两个点处的应力状态的不同(见图 2a，弹性力学);

　　●  裂尖的应力场分布(断裂力学);

　　● 对径压缩圆盘的应力场分布和主应力方向场分布(见图 2b,弹性力学);

　　● 玻璃/石英器件内的残余应力及其随温度变化的在线观察(光测力学);

　　与传统的光弹性系统相比
，除了结构简洁、轻便外
，它还具备灵敏度高、抗环境光干扰能力强、实时/在线测量等优点
，可用于教师的科研
。