Оптически чувствительных

1) Оптически чувствительные материалы для моделей, используемые в отечественных лабораториях, способы их получения и характеристики описаны в работах [20*—24*]; данные об оптически нечувствительном прозрачном материале «ОНС» для моделей см. в книге [21*].— Прим. ред.

В фенолформальдегидных смолах равновесие достигается гораздо позже (через много часов). Поэтому иногда удобнее исследовать оптически чувствительные модели из фенолформалъдегид-:ных смол, когда они еще не достигли равновесного состояния, и при обработке использовать упоминавшееся соответствие распределения напряжений в вязкоупругой модели распределению напряжений в упругой натурной детали. Известен фенолформаль-дегидный материал, по своим свойствам аналогичный модели 1 :в табл. 5.1, т. е. не обнаруживающий равновесного состояния. •Здесь тоже измерения выполняют после приложения нагрузки.

Для измерений на объемных моделях поляризационно-опти-ческим методом применяют также метод рассеянного света [1,2Р) и оптически чувствительные вклейки [3, 4]2). Эти методы здесь

2) В практике отечественных лабораторий применяются оптически чувствительные вклейки в объемных моделях, сделанных из оптически нечувствительного материала «ОНО» с такими же упругими характеристиками [И*]; см. также [12*].— Прим. ред.

Некоторые оптически чувствительные материалы, не обнаруживающие остаточных напряжений при нормальном просвечива-

9.5. ОПТИЧЕСКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ПОКРЫТИЯ

Метод оптически чувствительных покрытий, позволяющий измерять разности главных напряжений или разности главных деформаций на поверхности нагружаемых металлических деталей, был впервые предложен еще в 1930 г. Менаже [19]. В то время не было достаточно чувствительных материалов, и этот метод не получал распространения, пока в 50-х годах не появились новые, оптически чувствительные материалы, такие, как эпоксидные смолы. В последние годы он широко внедрялся на практике, особенно в авиационной промышленности. За это время проведено много исследований по дальнейшему развитию данного метода и разработке способов обработки результатов измерения для разных задач х).

Покрытия оптически чувствительные 274

9.5. Оптически чувствительные покрытия ........... 274

5. Оптически чувствительные слои на поверхности детали [32]. Слой из о-птически чувствительного материала (например, ЭД6-М) наносится на поверхность металлической детали или ее модели в жидком виде (и затем подвергается полимеризации) или наклеивается на нее в виде пластинки. Измерения проводят в пределах пропорциональности между наблюдаемым порядком полос интерференции и деформацией в слое. С применением нормального и наклонного просвечивания поляризованным светом, который отражается от поверхности металла, определяют разность и величины главных напряжений и их направления. Деформации (и напряжения) в поверхности металлической детали могут находиться как в пределах, так и за пределом упругости. При деформациях в пластической области для определения напряжений необходимо иметь зависимость между напряжениями и деформациями для данного материала и имеющегося соотношения главных деформаций. Для повышения предела пропорциональности слоя эксперимент может проводиться при повышенной температуре, соответствующей методу «замораживания» (100—130°) или применяют соответствующий материал слоя.

оптически чувствительные материалы, как, например, оргстекло и стиролалкидные смолы, в которых при компенсации ось вращения кристаллической пластинки совпадает с направлением алгебраически наибольшего главного напряжения <зь а не наименьшего <з2, как для большинства материалов. Поэтому, если заранее неизвестно, в направлении какого главного напряжения происходит компенсация, то необходимо провести дополнительную тарировку материала на образцах при растяжении или сжатии.

Весьма перспективно исследование полей напряжений с помощью оптически чувствительных покрытий, выполненных в виде приклеиваемых пластинок толщиной 1 ... 3 мм или тонких покрытий, которые наносят в жидком виде и потом полиме-ризуют. Поляризационно-оптический метод используют для исследования напряжений: за пределами упругости, температурных, при динамических воздействиях.

В зависимости от типа материала, вида напряженного состояния, характера нагружения и уровня деформаций разрушение может быть обусловлено накопленным усталостным повреждением, накопленной деформацией или их совокупностью. В связи с этим необходимо измерять как величину суммарной односторонней накопленной деформации, так и изменение амплитуды деформации при каждом цикле нагружения i[83]. Для исследования циклически упрочняющихся материалов наиболее эффективен метод оптически чувствительных покрытий, а также метод тензометрии (при величине деформации в первом полуцикле ^ 1 %). Для измерения перемещений в зоне вершины трещины рекомендуется метод оптической интерференции, причем величина исходной деформации должна быть ^ 1 %.

Для циклически разупрочняющихся металлов эффективны методы, обладающие достаточно большой разрешающей способностью — метод сеток и метод муаровых полос. Для измерения амплитудных деформаций, соответствующих нижней части кривой усталости, нужны более чувствительные методы (метод оптически чувствительных покрытий и тензометрирование в отдельных полуциклах).

Рассмотрены основы моделирования задач в области прочности машиностроительных конструкций и их элементов с использованием газовых и моноимпульсных лазеров, голографии, высокоскоростной регистрации волновых полей напряжений и перемещений в моделях из. прозрачных оптически чувствительных материалов. Приведены способы и приемы моделирования физически и геометрически нелинейных задач. Определены основные направления и перспективы развития современных экспериментальных методов моделирования машиностроительных задач.

вать поляризационно-оптическии метод в сочетании с хрупкими покрытиями и методом полос муара, что широко практикуется самими авторами в их работах. В книге кратко освещен метод оптически чувствительных покрытий, позволяющий проводить измерения на натурных деталях, но не затронуты интерферо-метрические методы разделения главных напряжений, находящие в настоящее время все более широкое распространение. Во второй половине книги на примерах, разработанных авторами, рассмотрены следующие области приложения метода: плоские задачи, объемные задачи, определение температурных и динамических напряжений. Приводимые примеры представляют собой решение сложных задач, находящих непосредственное практическое приложение, в том числе в новых областях техники, а также задач, названных авторами академическими и предназначающихся для изучения общих закономерностей напряженного состояния или же при возможности их теоретического решения для оценки погрешностей экспериментальных методов.

Хотя эта книга и содержит необходимые основные сведения, ее все-таки нельзя назвать полным пособием по поляризационно-оптическому методу исследования напряжений и деформаций, так как некоторые сведения пришлось опустить. Так, читатель найдет здесь мало сведений о стандартных линзовых полярископах, о некоторых оптически чувствительных материалах, например о бакелите 61-893, о фотометрах и некоторых методах, которыми авторы пользуются редко. Все такие ценные сведения читатель сможет найти в других опубликованных работах. С другой стороны, приборы и методы, которые по опыту авторов особенно полезны и интересны, описаны здесь детально, даже если они и редко упоминаются в других книгах или статьях. Таким образом, хотя в книге содержится много классических сведений, все же авторы стремились внести все новое, что им подсказывала их собственная практика.

мыми полярископы отражательного типа, например при применении оптически чувствительных покрытий на отражающих поверхностях. Отражательный полярископ Нёренберга имеет те же характеристики, что и полярископ проходящего света, за исключением того, что на полпути света помещают полупрозрачное зеркало, изменяющее направление пучка на 90°. После прохождения через двоякопреломляющую пластинку, наклеенную на модель или деталь, свет отражается от задней непрозрачной поверхности пластинки. На обратном пути к глазу путь света проходит

Компенсационная растягиваемая пластинка и компенсатор Бабине — Солейля применяются редко, главным образом при измерениях разности хода в оптически чувствительных покрытиях.

В следующих четырех разделах рассматриваются четыре группы оптически чувствительных материалов: фенолформальдегид-ные смолы, смола CR-39, уретановые каучуки и эпоксидные смолы. Для всех них, как показано, типична в определенных пределах линейная зависимость между напряжениями и деформациями в любой момент времени. Все эти четыре категории материалов, как показано, по своему поведению соответствуют в основных чертах модели 2 в табл. 5.1.

Этот материал был очень популярен в Европе в сороковых годах, но сейчас применяется редко. В Соединенных Штатах эти смолы известны под названиями «бакелит ВТ 48-306», ч<каталин» и «марблетт». В Англии известна смола «Каталин 800». Некоторые исследования, выполненные на таком материале, представляют общий интерес, так как они показывают возможность использования оптически чувствительных материалов с заметной вязкоупругостью для решения задач фотоупругости [2].

Фиг. 5.17. Схема установки (а — оборудование для оптических измерений; 6 — оборудование для определения зависимости между напряжениями и деформациями), применяющейся при исследовании динамических характеристик низкомодульных оптически чувствительных материалов.