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為力學(xué)實驗室儀器而生
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為力學(xué)實驗室儀器而生
應(yīng)用光彈方法可以將基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)中一些抽象的力學(xué)概念，如應(yīng)力集中、圣維南原理等 以圖像方式生動地展示給學(xué)生，從而有助于學(xué)生理解并提高教學(xué)效率。但實際教學(xué)中該方法 的優(yōu)點并沒能得到充分發(fā)揮，主要原因可能有以下兩點：（1）相關(guān)課程的學(xué)時普遍壓縮，沒有時間安排實驗；（2）傳統(tǒng)的光彈教學(xué)設(shè)備在結(jié)構(gòu)和操作上比較復(fù)雜，有一定的技術(shù)門檻， 只能由專業(yè)人員操作、演示
應(yīng)用光彈方法可以將基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)中一些抽象的力學(xué)概念，如應(yīng)力集中、圣維南原理等 以圖像方式生動地展示給學(xué)生，從而有助于學(xué)生理解并提高教學(xué)效率。但實際教學(xué)中該方法 的優(yōu)點并沒能得到充分發(fā)揮，主要原因可能有以下兩點：（1）相關(guān)課程的學(xué)時普遍壓縮，沒有時間安排實驗；（2傳統(tǒng)的光彈教學(xué)設(shè)備在結(jié)構(gòu)和操作上比較復(fù)雜，有一定的技術(shù)門檻， 只能由專業(yè)人員操作、演示
針對目前狀況，我們開發(fā)了一款結(jié)構(gòu)特別簡單、輕便的光彈實驗系統(tǒng)，如圖 1 所示。它 只有集成光源（150mm 見方的發(fā)光面）、加載架/試件、相機和筆記本電腦組成，使用完畢可 以折疊并且收納到外形尺寸為 400mm×250mm×150mm 的手提箱內(nèi)，總重不到 5Kg。該新型光 彈設(shè)備只需一次拍照即可快速實現(xiàn)主應(yīng)力方向場和相位差場的定量測試，其技術(shù)核心就在于 最近幾年才出現(xiàn)的像素偏振相機的應(yīng)用和偏振圖像的新型算法上，復(fù)雜的算法和信息處理全 部由軟件完成，操作者只需加載并輸入相關(guān)參數(shù)即可完成應(yīng)力場的計算和顯示（可以投影到 教室的大屏幕上）。通過以上硬件和軟件的升級改造，理論課教師可輕松將設(shè)備攜帶至課堂上， 并在 10 分鐘內(nèi)完成一個知識點的隨堂演示實驗。
系統(tǒng)的加載方式包括：拉伸和壓縮(帶有偏壓自糾底座)、三點和四點彎曲;
利用該系統(tǒng)可以展示如下知識點：
● 不同大小的圓孔周圍的應(yīng)力集中現(xiàn)象及應(yīng)力集中系數(shù)測試 (材料力學(xué)、彈性力學(xué));
圓孔聚集對應(yīng)力集中行為的影響(彈性力學(xué));
● 圣維南原理(材料力學(xué)、彈性力學(xué));
● 純彎曲梁的應(yīng)力分布特點(材料力學(xué)、彈性力學(xué))，三點彎曲梁的應(yīng)力分布特點(彈性力學(xué));
● 受載的桿和梁上外凸和內(nèi)凹兩個點處的應(yīng)力狀態(tài)的不同(見圖 2a，彈性力學(xué));
● 裂尖的應(yīng)力場分布(斷裂力學(xué));
● 對徑壓縮圓盤的應(yīng)力場分布和主應(yīng)力方向場分布(見圖 2b,彈性力學(xué));
● 玻璃/石英器件內(nèi)的殘余應(yīng)力及其隨溫度變化的在線觀察(光測力學(xué));
與傳統(tǒng)的光彈性系統(tǒng)相比，除了結(jié)構(gòu)簡潔、輕便外，它還具備靈敏度高、抗環(huán)境光干擾能力強、實時/在線測量等優(yōu)點，可用于教師的科研。
