金士杰 安志武廉国选 毛 捷 王小民

(中国科学院声学研究所 北京 100190)

1 引言

光弹法通过光学方法来解决弹性力学问题，其物理基础是暂时双折射现象。上世纪20年代初，光弹法开始发展。30年代应力冻结现象被发现，这为解决三维光弹问题奠定了基础。40年代仪器设备的改进和新型材料的使用，解决了一系列弹性力学的难题，使光弹法成为比较完善的技术。随后激光的出现，计算机及图像处理技术的发展，以及CCD相机的发展，极大的推动了光弹法的进步。光弹法正向自动化、智能化方向发展，同时在航空航天、机械制造、土木工程、汽车制造等诸多领域都得到了广泛的应用。

动态光弹法能够直接观察超声的传播和散射并揭示相关规律，对固体超声波散射问题的研究起到了积极的推动作用。上世纪80年代，中科院声学所应崇福院士带领的研究小组在国际上率先搭建了一套动态激光光弹成像设备，用来研究固体中超声波的传播和散射特征，实现了超声场的可视化，并取得了一系列的研究成果[1－6]，受到国际同行的广泛关注。动态光弹实验研究不仅验证了理论分析结果，也显示出理论所没有估计到的声场细节，有力地弥补了解析理论、数值计算及电子信号测量等方法的局限。如首次观察到了超声波沿横穿孔孔壁的爬行[2]、研究了体波在棱边和裂缝处的散射[5]，以及兰姆波、瑞利波的散射问题[4，7]。

图1 动态光弹实验平台Fig.1 The dynamic photoelastic system

清华大学物理系在国内最早研究开发了LED光源动态光弹系统[8]，中北大学[9]、南昌航空大学[10－11]等都使用类似的系统进行教学和研究工作，加拿大也有同类产品出售[12－13]。……