关于焦散线法介绍

[拼音]：jiaosanxianfa

[外文]：caustics method

实验应力分析方法的一种。将一束激光垂直照射在一块透明薄板试件上，如果试件承受载荷而引起厚度变化，则从试件的前后表面反射和折射的光线就会相互干涉而形成明亮条纹。如在试件的前面或后面一定距离处，在和试件平面平行的位置上放一幅屏幕，即可在屏幕上观察到一条清晰的曲线──焦散线。利用焦散线测量应变（或应力）奇异性的方法，称为焦散线法。含边缘裂纹的有机玻璃试件在拉伸载荷下产生的焦散线（图1），

由两部分组成：

（1）围绕裂纹前缘的密集条纹，它是由高应变区使得光线急剧偏离所引起的；

（2）包络密集条纹的外围;相当于试件的d性变形部分。这两部分由一条清晰的包络线隔开。图2是裂纹周围形成的主包络线。

对于平行的入射光，裂纹的应力强度因子为：

K＝Cb5/2，式中C为总体常数；b为平行光束入射时垂直于裂纹的主包络线的宽度。从上式可以看出，根据试件的各项有关参数和试件材料的光学常数求出总体常数后，只须测出垂直于裂纹的主包络线的宽度b，即可算出裂纹的应力强度因子K。

1964年，P.马诺吉曾用光学阴影法对含裂纹的有机玻璃拉伸试件进行裂纹尖端塑性区的实验研究，认为裂纹周围的阴影是由这些不连续区引起的光的偏离所造成的。1970年，P.S.泰奥卡里斯采用激光光源，获得了裂纹尖端的焦散线图(图1)，并提出裂纹应力强度因子的关系式，使焦散线法发展成为测量奇异变形的一种方法。

此法所用的光学测量系统，有透射和反射两种形式（图3），都采用相干性良好的激光光源。屏幕上显示的焦散线图可用照相机拍摄下来。

焦散线法已用于测量裂纹尖端的塑性区和应力强度因子，测量角隅区（如锐角、直角或钝角部位）的应力奇异性，测量两物体间的接触应力，研究复合材料物体结合区的应力强度，采用高速摄影机研究动态裂纹的扩展和动态应力强度因子等。焦散线法不仅可用于透明材料的模型试验，并有可能用于实物的测量。这是一种具有发展潜力的实验方法。

参考书目

1. G. S. Holister， ed.，Developments in Stress Analysis，Applied Science Pub.，London，1979.