光测弹性力学的原理和方法

本书为英国学者H.T.吉沙普与F.C.哈立斯合著、周承倜翻译的《光测弹性力学的原理和方法》，1957年5月由科学技术出版社第1版第1次印刷。据内容提要，本书简明扼要地介绍了研究应力的光测弹性力学方法。这一方法应用偏振光通过具有特殊光学性质的透明塑料所制成的模型，以测定结构构件或机械零件内各点应力的大小和方向；应用这一方法可以显示受力体体内全部的应力分布情况，从而进一步改进构件的形状和尺寸，以期得到最安全和经济的涉及。本书前几章对应用于光测弹性力学方法中的应力和变形以及光学的基本原理，系统地作了扼要叙述；后几章介绍关于解决二向及三向应力问题的方法，最后结合实际应用例子详细说明方法的应用。本书可作为科学研究机关、工业系统的实验室以及生产工场设计部门的技术工作人员参考之用，同时也可作为高等工业学校各专业及综合大学物理系的教学参考书。

绪言进一步说明，当荷重作用于固体上时，固体内部产生逐点不同的应力，应力的大小和方向依据荷重作用情况及物体形状而定；若某些点发生应力集中，这些点就是潜伏弱点，改变物体形状可减低这些点上的应力并使整个物体应力分布更均匀，从而增加强度。因此，为了得到结构的最有利设计，工程师必须知道在已知荷重系统作用下物体内部应力如何分布，以及改变物体形状将如何影响应力分布。数学弹性理论根据观察固体在最简单形式应力作用下的性能，得出许多有价值原理和结果，并在某些情况下可得到完全解答，但这种情况仅发生在物体仅有一个简单几何形状且荷重系统也简单时；实际工程问题中这类情况很少，工程师通常根据经验判断作出近似假设并获得近似解答，但很难估计近似假设中的误差程度。因此设计工程师总在找寻可以校核计算的方法，光测弹性力学方法是其中之一，并已成为设计师的有价值工具。与用应变仪在结构上或结构模型上校核的方法相比，光测弹性力学方法省费、迅速并能得出很完善资料。该方法内容是用偏振光测定所研究结构的一个模型，模型材料是具有某些特殊光学性质的透明塑料；在模型上作用的荷重系统应与作用在原结构上的完全相同；模型中显示出条纹图案，研究者根据弹性理论从条纹计算模型中各点应力的大小和方向，然后应用相似律原理推知原结构中的应力情况。直到最近几年以前，光测弹性力学方法还只能应用于具有均匀厚度的板结构形式，且所加荷重需与板的两面平行；新塑料的发现使能研究具有任何形状物体内的三向应力，这一方法比较新，但已得出有价值结果，其用途迅速发展可以期待。绪言还述及光测弹性力学解答工程二向应力问题的价值已被许多研究所充分表示，其中柯克尔与菲隆的工作尤应注意；被研究的问题包括铁路货车车轮与轮缘内应力、齿轮齿部应力、滚动轴承内应力、桥梁构件内应力、建筑物三角顶与檐板内应力、海船甲板内以及各种飞机结构内应力等；许多问题已由研究指出应力集中现象，并得到关于应力大小的很有价值资料，使许多情况下改进了设计。

从目录看，全书由绪言、十章及附录、译名对照表组成。第一章应力，包括一点应力的定义、共面应力、以主应力表示任一方向内的应力、应力圆锥、应力椭圆、莫尔应力圆、平面应力的分布。第二章应变及应力应变的关系，包括一点应变的定义、平面应变、应变圆锥曲线和应变圆、基本理论中所作的假设、三向应力应变关系、菲隆的广义平面应力理论、主应力之和的拉普拉斯方程式。第三章光学，包括光的本质、球面波及平面波与射线、反射与折射、通过平行板和通过棱镜的折射、光谱、在一个球形曲面上的折射、共轭焦点及主焦点与主焦距、薄透镜、象差、薄透镜对有限长物体的成像与放大率、两个薄的共轴透镜的组合波长振幅频率速度、视觉效应与绝对折射率周期运动、两个简单的正弦变量的合成、波动普遍方程式、干涉。第四章偏振与双折射，包括平面偏振光与涅尔的弹性椭球、用反射或折射产生平面偏振光（尼科尔棱镜与偏振片、椭圆偏振与圆偏振）、散射光与补偿器（巴俾涅补偿器和索列尔补偿器）、光通过晶体的途径与夫累。第五章光测弹性力学的理论，包括历史、通过一个平行板的平面偏振光的途径（应力作用在板本身的平面内）、量度的补偿方法。第六章观察的转化与解释，包括等倾线和等色线、确定分离应力的方法、上述结论在原件上的应用。第七章三向应力，包括一点上的应力状态、三向应力的光学效应、“冻结应力”法、在一个对称平面内的应力、分离应力的测定。第八章光测弹性工作台，包括投影系统、光具座的配置、应变架、光具座。第九章材料与实验方法，包括光测弹性材料、时间蠕变、时间边缘效应、实验方法、冻结应力方法、等倾条纹的描述、标绘主应力线、记录应力图案。第十章例题，包括在径向推力作用下的圆盘、在纵向推力下带方孔的矩形块、在中央集中荷重作用下的、铁路货车的联结弯钩、在张力作用下带中央圆孔的定形杆。附录包括应力二次曲面、拉普拉斯方程式在二向应力问题中的应用及推论、四分之一波板的应用、四分之一波板在应力光学观察中的误差效应、四分之一波板用为补偿器、组合的四分之一波板、表I波長近似值、表II光测弹性材料的光学性质、表III晶体的折射率、表IV光测弹性材料的弹性常数、表V结构材料的弹性常数、表VI赛璐珞在温度为20℃时的物理性质的变化范围、表VII倍克來胶在20℃时的物理性质、表VIII倍克來胶BT61-893在20℃和110℃时的基本性质的比较、表IX在室温时应用的一些光测弹性材料的基本性质、译名对照表。本书对了解光测弹性力学原理、实验方法和工程应用具有参考价值。本次仅见前20页，后续内容待补。