Оптически активного

Из экспериментальных методов исследования полей напряжений на моделях наиболее распространен п о л я р и з а ц и-о и и о-о п т и ч е с к и и метод, основанный на интерференции поляризованного света, прошедшего модель из прозрачного, оптически чувствительного материала.

нанесения на их поверхность прозрачной пленки из оптически чувствительного материала. Однако в основной части его приложений используются модели натурных деталей, выполненные из прозрачного материала, обладающего нужными оптическими свойствами. Основным необходимым свойством материала является его способность к двойному лучепреломлению, которую приобретают некоторые прозрачные материалы при возникновении в них напряжений и деформаций. Модель нагружают, создавая нагрузки, подобные существующим в конструкции. При просвечивании модели поляризованным светом наблюдают оптические эффекты, возникающие под действием нагрузок. При просвечивании модели белым светом на экране полярископа наблюдают картину цветных изохром, покрывающую все изображение модели, а при просвечивании монохроматическим светом — картину чередующихся темных и светлых полос интерференции. Эти полосы нумеруют в соответствии с порядком циклов изменения интенсивности света (от затемнения к просветлению и обратно), происходящего в рассматриваемой точке модели при увеличении нагрузки от нуля до полной ее величины. Эти порядки (номера) полос обычно выражают через напряжения в модели с помощью-зависимости, существующей между напряжениями и оптическим эффектом. Порядки полос также можно выразить с помощью соответствующей зависимости и через деформации. Если материал ведет себя линейно и упруго, обе зависимости приводят к одному и тому же результату. Если же материал обнаруживает вязкоуп-ругость, то необходимы обе эти зависимости.

в использовании явления «замораживания» для определения напряжений при объемном напряженном состоянии. Затем были найдены пути решения плоских задач при динамических (циклических и нестационарных) нагрузках и некоторых задач вязко-упругости и пластичности. Наконец, применение тонких пленок или листов из оптически чувствительного материала, приклеиваемых на поверхности натурных конструкций, еще больше расширило область применения поляриэационно-оптического метода.

Решение одной задачи несколькими методами часто практикуется во многих опубликованных работах авторов, в том числе и в настоящей книге. Целесообразность применения нескольких методов можно пояснить на следующих примерах. В моделях из оптически чувствительного материала иногда создаются весьма значительные перемещения (например, при «фиксировании» деформаций), которые можно довольно точно измерить очень простыми средствами. На фиг. П.1 показаны картины полос (а) и (б) и изменение формы (в) поперечного сечения объемной модели кольца сложной формы из оптически чувствительного материала. Диаметр модели кольца составляет около 200 мм. Изменения геометрических размеров порядка нескольких десятых миллиметра в плоскости кольца вдоль обозначенных линий и перпендикулярно к поверхности можно точно измерить микрометрами и индикаторами. Относительные деформации порядка 10~2 можно определить с помощью микроскопа. Относительные изменения толщины порядка 10~4, возникающие в срезах, также можно легко измерить стандартным компаратором. Эти измерения дополняют и контролируют результаты, получаемые с помощью поляризационно-оптических измерений. Для исследования распределения нестационарных напряжений и деформаций удобно поляризационно-опти-ческий метод сочетать с методом полос муара (фиг. П.2 и П.З).

но изготовленных из одинакового оптически чувствительного материала при одной и той же величине нагрузки должны получаться одинаковые картины полос интерференции (фиг. 3.10). Диск, сжатый вдоль диаметра. Во всех предыдущих примерах мы имели дело с одноосным напряженным состоянием. Более общий случай зависимости между двойным лучепреломлением и напряжениями для плоского напряженного состояния можно

Подставляя выражение (3.36) для 7макс в уравнения (3.21) и (3.19), получим формулу для определения оптической постоянной материала по деформациям, пользуясь результатами измерения оптической разности хода в любой точке кольца из оптически чувствительного материала, отлитого с жестким вкладышем внутри или имеющего запрессованный жесткий вкладыш. Это дает

Уравнения (3.31) можно применить также к кольцу из оптически чувствительного материала, отлитого или запрессованного внутрь абсолютно жесткого наружного кольца и свободного по внутреннему контуру. Как и в предыдущем случае, граничные условия запишутся в виде

3.13. ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ ДВОЙНЫМ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕМ И НАПРЯЖЕНИЯМИ ПРИ НЕУПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЯХ ОПТИЧЕСКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА

3.4. Изоклины и изохромы в балке. Изготовить балку из оптически чувствительного материала с размерами, указанными на фиг. 3.22, и нагрузить ее, как показано.

3.5. Исследование плоской статически неопределимой рамы. Изготовить из пластины оптически чувствительного материала ра-

Как уже было нами показано, при изотропном напряженном состоянии (GI — а2 = 0) порядок полос равен нулю [уравнение (3.8)]. Принцип компенсации путем растяжения или сжатия пластинки из оптически чувствительного материала становится

где К'а = 1,5 — коэффициент, получен на моделях из оптически активного материала; Т — передаваемый крутящий момент; Тн — номинальный крутящий момент при напряжениях смятия, равных допускаемым. В данном случае Т = Тн , поэтому можно принимать Ка - 1,5(1 + 0,5 - 1) = 2,25.

Оптнко-полярпзацнонный метод изучения напряжений основан на свойстве многих прозрачных упругих материалов (акрилатов, полистролов, эпоксидов, фторопластов) становиться двоякопреломляющими под действием напряжений. Обычно определяют напряжения на плоских образцах. Образец, изготовленный из оптически активного материала, устанавливают в пучке поляризованного света и рассматривают через второй поляризатор (а н а л и з а т о р), скрещенный с первым. В качестве поляризаторов вместо призм, склеенных из природных двоякопреломляющих кристаллов (исландский шпат), сейчас применяют более дешевые и удобные поляроиды Ленда (одноосно растянутые и обработанные иодом листы поливинила), которым можно придать практически неограниченные размеры.

Удобнее и точнее исследование в монохроматическом свете, при котором на изображении возникают темные полосы изохром (название в данном случае условное) и изоклин. Последние можно исключить, применяя круговую поляризацию. Для этого перед и за моделью устанавливают пластинки из оптически активного материала (чаще всего слюды), толщину которых выбирают так, чтобы вызвать в проходящем

Метод фотоупругих покрытий позволяет исследовать напряжения непосредственно на плоских поверхностях деталей. Поверхность покрывают тонкой пленкой оптически активного вещества (эпоксидные смолы) и нагружают. Под действием напряжений, возникающих в поверхностном

Для оценки временных сварочных напряжений используют методы оптического моделирования. Образцы изготавливают из оптически активного материала (поликарбонат или эпоксидная смола) и нагревают. В процессе нагрева регистрируют (визуально или фотокиносъемкой) характерные картины светлых и темных полос, возникающих на поверхности пластины при облучении монохроматическим источником света. По этим картинам

определяют напряжения в оптически активном материале. Подобие термоупругих напряжений модели из оптически активного материала и металлического образца определяется их геометрическим подобием, а также подобием полей температур.

Аналогичная зависимость наблюдается при растяжении моделей соединений из оптически активного материала с различной толщиной (рис. 2.7).

ления), жидкие кристаллы, чистые жидкости (напр., скипидар, никотин), р-ры (напр., сахара и глюкозы в воде) и газы. О.а. обусловлена асимметрией молекул, а для в-в в кристаллич. состоянии и особенностями расположения частиц в кристаллич. решётке. Для чистого в-ва угол поворота плоскости поляризации ф=а/, где / - длина пути светового луча в веществе, а- вращательная способность, зависящая от хим. природы в-ва, темп-ры и длины волны света. Для р-ра Ф = [а]/с, где с- объёмно-массовая концентрация оптически активного в-ва в р-ре, [а] - удельное вращение, зависящее от хим. природы оптически активного в-ва и растворителя, темп-ры и длины волны света. Об искусств, (наведённой) О.а. см. Фарадея эффект.

Рис. 20.30. Интерференционные полосы при статическом изгибе модели зуба из оптически активного материала

ОПТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ — способность нек-рых веществ, наз. оптически активными, вызывать поворот плоскости поляризации проходящего через них света. О. а. обладают нек-рые кристаллы (в т. ч. и не обнаруживающие двойного лучепреломления), жидкие кристаллы, чистые жидкости (напр., скипидар, никотин), р-ры (напр., сахара и глюкозы в воде) и газы. Все вещества, оптически активные в жидком состоянии (в т. ч. в р-рах), оптически активны и в кристаллич. состоянии. О. а. вещества в некристаллич. состоянии обусловлена асимметрией молекул, а в кристаллич. состоянии,— кроме того, особенностями расположения частиц в кристаллич. решётке. Для чистого вещества угол поворота плоскости поляризации ф = се/, где I — длина пути светового луча в веществе, а, — вращательная способность, зависящая от хим. природы вещества, темп-ры и длины волны света. Для р-ра ф = [а]1с, где с — объёмно-массовая концентрация оптически активного вещества в р-ре (в г/см3), [а] — удельное вращение, зависящее от хим. природы оптически активного вещества и растворителя, темп-ры и длины волны света. Об искусств. О. а. см. Фара-бея явление. О. а. используют в технике для определения концентрации оптически активных веществ (см. Поляриметрия).

Практически метод фотоупругости заключается в том, что из оптически активного материала изготавливается модель, которая