光弹性材料

用作光弹性实验的理想材料,必须具有较灵敏的应力双折射效应,无色透明,无毒,材质均匀,在受力前是各向同性的;此外,还应具有较高的光学、力学比例极限,较小的初应力和时间边缘效应,较小的光学和力学蠕变,以及加工性能好等。在三维光弹性实验中,还须具有良好的冻结性能,容易铸造和加工。

玻璃是最早用作光弹性模型的材料之一。早在1913年,法国A.-C.-M.梅斯纳热曾用玻璃制成一座完整的桥梁模型,用光弹性法研究其应力分布。英国E.G.科克尔在早期工作中,也曾用玻璃作过光弹性实验。但在以后的大量研究工作中,几乎都用赛璐珞材料。德国G.梅斯梅尔曾用赛璐珞制成一个完整的机车模型。美国M.M.弗罗赫特在20世纪30~40年代所作的光弹性实验,大都用酚醛树脂作模型。进入50年代,开始在光弹性实验中应用环氧树脂,使光弹性法很快进入实用阶段,促进了三维光弹性应力分析的发展。环氧树脂基本满足上述光弹性材料的性能要求,普遍用来制作光弹性模型。但在某些特殊场合,仍可根据实验要求采用其他材料。例如,明胶的光学灵敏度很高,常用于研究自重产生的应力(如坝体和隧洞周围的应力);又如,聚亚胺酯橡胶的弹性模量很低,而光学灵敏度很高,可用于动态光弹性实验,以研究动态应力问题。有时为了特殊需要,也可改变固化工艺、选择不同的原料配合比、采用其他添加剂等,以获得不同性能的模型材料。如加入不同含量的增塑剂,可改变光弹性材料的室温弹性模量;加入白炭黑,可增加散射性,适于用作散光光弹性实验。因此,探索和研制新型光弹性材料及其固化、冻结工艺,是完善光弹性法的一个重要方面。