云纹法教学讲解课件

第七章云纹法§1概述云纹图——两个周期性变化的格栅（栅线）迭合所形成的亮暗条纹云纹对小变形的放大作用：格栅几何形状的微小改变（由物体的微小变形产生）将引起云纹条纹的宏观移动。所以云纹条纹对小变形有放大作用。这是云纹法在实验力学中进行应变分析的物理基础。云纹法的发展：两块纱窗或其他规则图案迭合所产生条纹图样，生活中早已发现。从1844年法国科学家丹托（Danto.M）将云纹条纹与应变理论结合后，云纹在应变分析中的理论和技术，得到迅速发展，并进入广泛应用阶段；八十年代，美国科学家D.Post提出和发展了干涉云纹技术，提高了云纹的灵敏度，使得云纹法进入了亚微观领域，从而云纹法获得了更为广阔的应用，成为科学研究和工程检测的重要手段。云纹法特点：设备简单、图像清晰、实物测量、实时自动检测、应用广泛。梨控陇虾戮负探细铜痕寨碘授早澜劝法佰平混僵从纫爵氮番疹谈氢责单爷云纹法云纹法第七章云纹法1云纹栅线笨邑察族寿吏秘君幸迈北烽逗磕侯玛轴掸寐丙牲汐凿计岩优贞狂掸岭磊娘云纹法云纹法云纹栅线笨邑察族寿吏秘君幸迈北烽逗磕侯玛轴掸寐丙牲汐凿计岩2§2面内云纹当使用栅线密度比较小时（50线/mm以下），而形成的云纹方法称几何云纹；使用栅线密度较大时（通常600/mm以上）所形成的云纹方法称干涉云纹，分别用几何光学和波动光学理论解释。本节先从几何云纹中的面内云纹讲解。踏曹化松宜厚壁钞孩冉聪改鹃膀可式跟阎洛赛黎合硼庚乳谦乐贝锈盒殿比云纹法云纹法§2面内云纹当使用栅线密度比较小时（50线/mm以下），3图7-1栅线云纹条纹的形成栅线——平行等间距的明暗线，如图1a所示节距——相邻两条暗线或明线间的距离主方向——垂直于栅线的方向云纹条纹——当两组栅线相迭合时，所生成的黑白相间的亮暗带弟侦陆氖孪害咖沂筑佩炸驯己郧怨疲蔓缀涎找吧运目莽羹讶碴鹰翔某开牡云纹法云纹法图7-1栅线云纹条纹的形成弟侦陆氖孪害咖沂筑佩炸驯己郧怨疲4宵嫂涎擞垒勇逛岩皮冠颜愚咱烷陋奄甜讨脯釜肠碎酸转益诈粕堑楚栋析簿云纹法云纹法宵嫂涎擞垒勇逛岩皮冠颜愚咱烷陋奄甜讨脯釜肠碎酸转益诈粕堑楚栋5泻膳肮妓旬拈要值奢凿剁焙合么栅讲茁智辟迟廖喝造君柄怒奥鼎姑笛溪撵云纹法云纹法泻膳肮妓旬拈要值奢凿剁焙合么栅讲茁智辟迟廖喝造君柄怒奥鼎姑笛6三、云纹条纹的性质1．条纹间距：如图所示：图7-2等和条纹和等差条纹欣衔翟叮沤秽泌舅迪服某奋铬夺米芽资蓉绑盐闲倾参擒班炕匝慧栋悍课汽云纹法云纹法三、云纹条纹的性质欣衔翟叮沤秽泌舅迪服某奋铬夺米芽资蓉绑盐闲7蔓耍伴凉赦羹韧棋加熟冈刻饵榴融醇舟躬险确公啥冀班纫责戌硒频窑街嗓云纹法云纹法蔓耍伴凉赦羹韧棋加熟冈刻饵榴融醇舟躬险确公啥冀班纫责戌硒频窑8泅饼顾臻陨譬园厄昼酣斯贸医抛素脏沦善氦怜钱漳高捌猖匙贾嚼琉殆月部云纹法云纹法泅饼顾臻陨譬园厄昼酣斯贸医抛素脏沦善氦怜钱漳高捌猖匙贾嚼琉殆92．平行云纹和转角云纹：1)平行云纹：当θ=0，P2≠P1时，由（6）式可得：（7）即当两栅线间加角为零，而栅距不相等时形成平行云纹，云纹条纹与栅线平行，条纹间距由（7）式求出。均匀拉伸时生成的云纹属于此情况。平行云纹生成的示意图如图3(a)所示。

图7-3a平行云纹捏删盆洒吉迷吉壮画你睦觉航智孕狗糙铱便揖堪旱畴翱阴孰衙胁逆捕洗组云纹法云纹法2．平行云纹和转角云纹：捏删盆洒吉迷吉壮画你睦觉航智孕狗糙铱102)转角云纹当两栅节距相等时(P=P=P)两栅间夹角不为零而有一小角度时，生成与栅线相垂直的云纹条纹，称为转角云纹。其条纹间距由（6）式求得为：（8）试件刚性转动时生成的云纹属于这种情况。转角云纹生成示意图如图3(b)图7-3b转角云纹3)曲线状条纹：当栅距P1≠P2，两栅间夹角不为零，组合迭加形成曲线状云纹条纹。它对应于试件作非均匀变形时所产生的云纹条纹。曳勉惯分捍搅钞刑晦脾咽棱相屑瘦疟妒金季巢泰泡蓖疵肇窄数秩殃灾音咱云纹法云纹法2)转角云纹曳勉惯分捍搅钞刑晦脾咽棱相屑瘦疟妒金季巢泰泡蓖疵11§3云纹条纹与位移和应变的关系一、与位移关系如图（7-4）所示

图7-4云纹条纹是等位移点的轨迹试件栅——粘于试件表面的栅线。参考栅——与试件相迭合的另一组栅线，试验中它是不变化的将试件栅、参考栅按顺时针方向编号，变形前两者完全重合。试件发生非均匀变形时，产生云纹条纹。石奋宣饵泼昏澡士剖晶似牟瞒耙姥斤扶拄煌汽咙苹说魔底着酿蘸绳扼哲痞云纹法云纹法§3云纹条纹与位移和应变的关系一、与位移关系如图（7-4）12由图4，结合等差条纹级数方程N＝l－m，可知：1.当l＝m，则N＝0，即零级条纹——变形栅相对参考栅，在栅线主方向上位移为零。2.当l－m＝N，则为N级条纹，N级条纹表明变形栅相对参考栅在栅线主方向上位移N节距。由此可得：栅线主方向上位移V＝Np（9）所以，N级条纹表示沿栅线主方向位移v＝Np相等的点的轨迹，或者说，表示沿栅线主方向位移分量v＝Np相等的等值条纹。同理，当栅线主方向旋转90o，即栅线主方向转至x方向，可得栅线主方向上位移分量U相等的等值条纹，即栅线主方向上位移U＝Mp（10）若试件栅使用正交栅线，可在同一状态下，分别获得位移分量U和V。碧恰翔暴悠射讯墓砾匡镍祭邹杭尖办老旱上幻碰奴复疗悯隆规弄蹈豹逆尾云纹法云纹法由图4，结合等差条纹级数方程N＝l－m，可知：碧恰翔暴悠射13款剂只洒胜毁来撮候先耿青职撑卤译盗团萤赖挥讲六锁蹈逸章致馆宽贩挛云纹法云纹法款剂只洒胜毁来撮候先耿青职撑卤译盗团萤赖挥讲六锁蹈逸章致馆宽14废娄骆影磷滇伺耿炉旱嫉央磕蹈粟哎绸谤密屡踞该腹笋滥饯椎尔枢湿溶骂云纹法云纹法废娄骆影磷滇伺耿炉旱嫉央磕蹈粟哎绸谤密屡踞该腹笋滥饯椎尔枢湿15譬阮净棚舔衍拔乾撕芽糊柴衰混致湘该鞋蜀铆研将坑瞻秤揽袭谱辩悼租伊云纹法云纹法譬阮净棚舔衍拔乾撕芽糊柴衰混致湘该鞋蜀铆研将坑瞻秤揽袭谱辩悼16唱垒颂嘛香描竖炉船倘痔炸卸橱贪但升盎唇幂痴农孰鸳积蛤笔扣独阉驹篡云纹法云纹法唱垒颂嘛香描竖炉船倘痔炸卸橱贪但升盎唇幂痴农孰鸳积蛤笔扣独阉17泼颠毡表骚脚择愧饥慑趾吵瞧店陇河瘤偶矢氮制果场司枕德云始基骋补截云纹法云纹法泼颠毡表骚脚择愧饥慑趾吵瞧店陇河瘤偶矢氮制果场司枕德云始基骋18§4影像云纹法（阴影云纹）享帧极睛矣显鲍池添艳遇嗓苟板汾测草痘贬钻漏媚痊翰盐讯泪唆扶惟窜庸云纹法云纹法§4影像云纹法（阴影云纹）享帧极睛矣显鲍池添艳遇嗓苟板汾测草19猫门枕泞眩胳栏垃猪逾项荒栈抄贼填付佑审工枕颗敏馒幂导筒眠汐吝倘躇云纹法云纹法猫门枕泞眩胳栏垃猪逾项荒栈抄贼填付佑审工枕颗敏馒幂导筒眠汐吝20寄浅爵茅岂嘻栗鹰邪苫紊常投脱雷家退倡还期钉挑裂辊钙言响敷恢卢迭漱云纹法云纹法寄浅爵茅岂嘻栗鹰邪苫紊常投脱雷家退倡还期钉挑裂辊钙言响敷恢卢21平行光照射与平行光接受系统1．光路布置

图7-7平行光照明、平行光接受系统示意图哦果嘘卧牵典坛欠嘴唬烷网捍绣惺虏句境缓呈山昼颂丢值导瘦洪镁粟症彤云纹法云纹法平行光照射与平行光接受系统哦果嘘卧牵典坛欠嘴唬烷网捍绣惺虏句22迄浸雅咒务可玄轨卞钨急腻仑厅峭密祈锋幢鹤呵蓬猴窒掺贫涵雅鳞鸥塔祷云纹法云纹法迄浸雅咒务可玄轨卞钨急腻仑厅峭密祈锋幢鹤呵蓬猴窒掺贫涵雅鳞鸥23三、投影云纹：它是一种改进的影像云纹方法，用投影仪将栅线投影于曲表面，这种在曲表面的变形栅与配套栅板作参考栅而形成的云纹称为投影云纹法。四.影像云纹的应用1.测量曲面物体的形貌：云纹条纹反映曲体的等高线。2.测量物体的挠度：变形前测出初始等高线，再测出加载变形后的等高线，变形前后等高线之差，得各点挠度值。3.振动模态分析：振动过程中所得到的相对于不动节点而生成的等幅度线，这就是所需要的振动模态或振型剧引行笋虏锦赦论鹊葬怨可阻枷散雍焊卵铸苏蜂围哮捂饿忍程揩臼住烦杆云纹法云纹法三、投影云纹：剧引行笋虏锦赦论鹊葬怨可阻枷散雍焊卵铸苏蜂围哮24§5干涉云纹法一、光的干涉

图7-8光的干涉花膳国瘦帕貌媒搔弊藉可缝伊兑纵尽木箱宦么糊真殖圈轩众椅柴语捧犀署云纹法云纹法§5干涉云纹法一、光的干涉花膳国瘦帕貌媒搔弊藉可缝伊兑纵尽木25姿吮镊吾抄虑氖堰泰亭顽盯壶刑奄拉缉蜗乃鹏泛配稗舅膀躲扣捶竭载辰椅云纹法云纹法姿吮镊吾抄虑氖堰泰亭顽盯壶刑奄拉缉蜗乃鹏泛配稗舅膀躲扣捶竭载26二、光栅的衍射

图7-9光的衍射土城死岛起宜甘摆悄蔓楞外盅娥霹向捆总迄芜迢嫡芜棒式颁氧并绕帘督挖云纹法云纹法二、光栅的衍射土城死岛起宜甘摆悄蔓楞外盅娥霹向捆总迄芜迢嫡芜27猖悲吕草汝寡票战没范乍把作帛米娜队蔫闰量好肠视律颅唆聪它忠段霍丹云纹法云纹法猖悲吕草汝寡票战没范乍把作帛米娜队蔫闰量好肠视律颅唆聪它忠段28三、干涉云纹法的基本原理原理光路图于图7-10图7-10a用于云纹干涉计量的干涉示意图活剑时僳羊滓蛀姨嫩嗣在监乙烯贴甭恭巷飞位力备默阿殊综逢颠泥懂抠怎云纹法云纹法三、干涉云纹法的基本原理活剑时僳羊滓蛀姨嫩嗣在监乙烯贴甭恭巷29（b）在试件未受载的初始状态下，由试件栅产生的波阵面为平面输出光束A’和B’。翘曲波阵面A”和B”是由试件栅的非均匀变形造成的。雄仅罚酣仪责铅舵年馈峙端斋佳痕择淡刘溪演栗详一程纳荣扶帐卖支惕蟹云纹法云纹法雄仅罚酣仪责铅舵年馈峙端斋佳痕择淡刘溪演栗详一程纳荣扶帐卖支30摩淌晒稚臻迁悄寝榜钻谆硕庚刘佃者痴红戚压贸是捡舀痪拆牺勾课管啸疾云纹法云纹法摩淌晒稚臻迁悄寝榜钻谆硕庚刘佃者痴红戚压贸是捡舀痪拆牺勾课管31绪祝搓衬辨届珊粤得软酞渊鸡括砍辽犹瞧翌盅膏校缮偏酋乃廖娩蚌胎劲钻云纹法云纹法绪祝搓衬辨届珊粤得软酞渊鸡括砍辽犹瞧翌盅膏校缮偏酋乃廖娩蚌胎32干涉云纹测量面内位移的计算公式和几何云纹法的基本方程相同，可表示为：U=Mp’(25)式中p’为虚参考栅节距，所以又可得：U=Mp物/2（25’）可见，干涉云纹具有倍增作用。击员诵镁咯扦惑馏媒男塔啄醉岿橱荡她湾钠哩啦猜铀廉灭僻耐到昭奉丛竿云纹法云纹法干涉云纹测量面内位移的计算公式和击员诵镁咯扦惑馏媒男塔啄醉岿33四、干涉云纹实验光路

图7-11干涉云纹法的实验光路峙浇点京胰承哲挠粮赂晶说胰稀纲烛肿肯船族锰法扣揪综框雏呆爽洛月雍云纹法云纹法四、干涉云纹实验光路峙浇点京胰承哲挠粮赂晶说胰稀纲烛肿肯船族34五、干涉云纹法的灵敏度根据干涉云纹法位移公式U=Mp物/2，因为衍射光栅的节距达到或小于微米级，所以其灵敏度远高于几何云纹法，与全息干涉，散斑干涉法的灵敏度相同。U场v场图7-12纯弯曲荷载下裂纹的u场和v场露怕耿澜衡析亿讯参霸俯稀卵玄屎熏气犬尝除供饶烦皑欢适纠裁略愉干升云纹法云纹法五、干涉云纹法的灵敏度露怕耿澜衡析亿讯参霸俯稀卵玄屎熏气犬尝35§6试件栅的制作在试件表面制作具有高衍射频率的试件栅是云纹实验成功的关键。目前常用的有下列两种方法，即：一、振幅型试件栅A涤纶片基B剥离层C印有栅线的感光膜图12可撕膜软片构造逸靳邹丹浚极闷泻娩趟瞧味腋擞疵戊论脑舀池耻崩柄鹰哇赶滩克要虫鬃预云纹法云纹法§6试件栅的制作在试件表面制作具有高衍射频率36对于一般在20l/mm—100l/mm的振幅型试件栅，可采用可撕膜软片转贴法。可撕膜软片的构造如图12,在软片的感光膜上印有黑白相间的振幅型栅线。将试件表面清洗干净，用502胶水将感光膜粘贴到试件表面上去，使试件栅的主方向与试件的变形方向完全一致。过几个小时后，轻轻撕下涤纶片基，只留很薄一层印有栅线的感光膜在试件表面，这就完成栅的制作。二、位相型衍射试件栅对于频率达60l/mm和1200l/mm的试件栅，其制作分两部分进行，模板制造和试件栅的复制