Поляризационно оптического

кон. Опыты, проведенные на однослойных эпоксидных композиционных материалах, изготовленных на основе высокомодульных поливинилспирто-вых волокон [34], показывают, что применение поверхностных модификаторов из ряда ароматических диизо-цианатов способствует снижению почти в 100 раз скоростей растрескивания композиционных материалов при действии постоянных во времени растягивающих напряжений. Такой эффект объясняется более сильным химическим взаимодействием между составляющими композиционного материала, а также снижением остаточных микронапряжений на границе раздела волокно—связующее. Экспериментальные исследования остаточных напряжений на границе волокно—связующее, выполненные поляризационно-оптическим методом, на полиэфирных и эпоксидных модельных стеклопластиках показывают, что, аппретируя поверхность стекловолокна или вводя аппрет в связующее, можно эффективно управлять остаточными радиальными, осевыми и тангенциальными микронапряжениями. Использование аппрета ГВС-9 в полиэфирном стеклопластике холодного отверждения понижает все указанные напряжения примерно на 50 %, а аппрет АГИ-9 в эпоксидном стеклопластике холодного отверждения уменьшает главные растягивающие напряжения Oj и о3 примерно на 43%.

Нетребко В. П., Зленко Л. С., Определение напряженно-деформированного состояния плоских ортотропных тел поляризационно-оптическим методом, Вестник МГУ, сер. матем., мех., № 5 (1971).

Развитие методики исследования напряжений и деформаций поляризационно-оптическим методом (Хесин Г. Л., ред.), Сб. трудов Моск. инж.-строит, кн-та, № 137, 1976.

Шарафутдинов Г. 3., Решение задач линейной теории вязкоупругости поля-ризационно-оптическим методом, сб. «Поляризационно-оптический метод и его приложение к исследованию тепловых напряжений и деформаций», Киев, «Наукова Думка», 1976, 241—245.

Так, Мак-Лафлин и Баркер {45] исследовали распределение напряжений в матрице вблизи разрушенного волокна. Они сопоставляли экспериментальные данные, полученные методом Муаре, поляризационно-оптическим методом исследования напряжений, с расчетами, проведенными методом -конечных элементов. Модель была двумерной и состояла из чередующихся слоев, соответствовавших по толщине волокну и .матрице. Теоретические и экспериментальные данные полностью совпали. Коэффициент концентрации напряжений в матрице "оказался равным 12 для максимальных сдвиговых напряжений и 9 для нормальных напряжений. Эти значения получены на модельных композитах с отношением Ef/Em—b5 и объемной долей волокна 0,714. Концентрация напряжений вдоль оси волокна по мере удаления от его конца падает довольно быстро и становится равной концентрации напряжений в композите при удалении на расстояние 15 диаметров от конца волокна. Икбал и Крокоски [36], Фойе и Бейкер [25] и Стивенсон [61] приводят дополнительные результаты анализа методом конечных элементов.

Для получения величины теоретического коэффициента концентрации напряжений проведено исследование поляризационно-оптическим методом прозрачных моделей, точно повторяющих конфигурацию сварных соединений труб в зоне малоциклового разрушения.

Рис. 6. Схема телескопического соединения (а, б) и исследование напряженно-деформированного состояния опасных зон (RA, RB, RQ) телескопического кольца (в) поляризационно-оптическим методом (г) и МКЭ (д).

Теоретический коэффициент концентрации напряжений определяли поляризационно-оптическим методом на моделях, копирующих геометрию зон концентрации и НДС исследуемой детали. Коэффициенты Ks и Ке концентрации напряжений и деформаций за пределами упругости определяли по диаграммам циклического упругоплас-

Кривые усталости 1 и 3 на рис. 3.17 отражают погрешности способа расчета циклических деформаций с помощью интерполяционного соотношения (3.1) в сочетании с поляризационно-оптическим методом анализа НДС и влияние режима термомеханического нагружения на сопротивление малоцикловой усталости. Для результатов расчета с помощью указанного подхода характерно систематическое отклонение кривых 1 и 3 от кривой 2. При этом расчетная долговечность для зоны

Полярископ — прибор, принцип действия которого основан на использовании свойств поляризованного света. Полярископы получили широкое распространение во многих отраслях физики. В настоящей главе описаны полярископы нескольких конструкций, которые предназначаются для исследования напряжений поляризационно-оптическим методом и которые были использованы авторами для решения многих задач. Существуют полярископы и иных конструкций, используемых другими исследователями для решения задач поляризационно-оптическим методом. Ряд конструкций изготовляется серийно. Подробно характеристики полярископов исследованы в статьях [1, 2]. В настоящей книге авторы ограничиваются рассмотрением полярископа диф-фузорного типа, в котором модель просвечивается рассеянным светом, идущим от матового стекла. Такой полярископ дешевле других и проще в обращении. Точность результатов, даваемых таким полярископом, сопоставима с точностью результатов, обычно получаемых при применении сложного полярископа с линзами. Задачи, которые не могут быть решены с использованием полярископа диффузорного типа, встречаются сравнительно редко даже в практике специализированных лабораторий 1).

В разд. 1.7 отмечалось, что существует прямая связь между разностью показателей преломления и разностью главных напряжений или главных деформаций. Делая еще один шаг дальше, укажем, что главные оптические оси в прозрачном двояко-преломляющем материале совпадают с главными осями напряжений и деформаций (см. гл. 3). Это совпадение позволяет пользоваться поляризационно-оптическим методом не только для определения наибольших касательных напряжений, но также и для определения направлений главных напряжений.

Обладая наглядностью поляризационно-оптического метода, метод муаровых полос вследствие своего чисто геометрического характера позволяет исследовать деформации независимо от их физической природы.

На рис. 24 приведены результаты поляризационно-оптического метода исследования напряжений в волокнистой -модели [48, 49] с квадратичным расположением волокон. Напряжения даны на графике как функция радиального расстояния от исходной1 точки, расположенной посредине между волокнами (эта точка схематически показана на рисунке). Из рис. 24 видно, что радиальные остаточные напряжения являются напряжениями сжатия и минимальны на поверхности раздела. Напротив, окружные напряжения— напряжения растяжения и максимальны в плоскости, находящейся посредине расстояния между волокнами, и минимальны на поверхности раздела. Продольные напряжения растяжения остаются почти постоянными в пространстве между волокнами. Этот результат особенно важен, так как при упрощенных микромеханических анализах исходят из того, что величина продольного остаточного напряжения в матрице постоянна. В боропласти-ках остаточные радиальные напряжения на поверхности раздела

Весьма важным при использовании поляризационно-оптического метода является определение оптической постоянной материала, которая необходима для расчета величин действующих напряжений. С этой целью обычно используется балка из того же материала, нагружаемая по схеме чистого изгиба. На рис. 29 показана схема такого эксперимента. В работе [31] рекомендуется принимать следующие основные параметры: / = 10-J-15 см, h = 14-1,5 см, а = = 2 см, d = 5 -т- 8 мм, Р — 10—25 кгс. На участке чистого изгиба при нагрузке Р отмечают порядковые номера полос тА и тв. В приведенном примере тв = 10,2; тА — 9,9. При этом оптическая постоянная (в кгс/см2)

45. Пригороеский Н. И. и др. Модели из нового оптически активного материала ЭД 6-М для поляризационно-оптического метода исследования напряжений. Тема 32/Пригоровский Н. И., Прейсс А. К., Бокштейн М. Ф., Купряко-ва И. А.— М. : Гос. науч.-техн. ком. Совета Министров СССР, 1958.— 32 с.

Лит.: Щ е г о л е в с к а я Н. А. [и др.], Разномодульные оптически активные материалы для поляризационно-оптического метода исследования напряжений, «Изв. Высших учебных заведений. Машиностроение», 1958, № 3—4, с. 72.

Для решения указанных задач применяют преимущественно приближенные методы механики деформируемого твердого тела. Довольно полную информацию о полях упругопластических деформаций и напряжений в зонах концентрации напряжений образцов и элементов конструкций можно получить с помощью экспериментальных методов (поляризационно-оптического, муара, малобазной тензометрии, голографии, сеток и др.), однако эти методы трудоемки и не всегда применимы в условиях высоких температур.

Для анализа НДС в зонах концентрации напряжений телескопического кольца с учетом его конструктивных особенностей и специфики высокотемпературного нагружения применим расчетно-эксперименталь-ный метод и используем модифицированное соотношение Нейбера (2.106), а также данные о концентрации напряжений в локальных зонах, полученные с помощью поляризационно-оптического метода. Затем эту оценку уточним с помощью МКЭ.

момеханического нагружения согласно рис. 3.3. Сопоставление экспериментальных значений долговечности модели N^, полученных в результате проведения прямых модельных экспериментов при высокой температуре для зон переходных поверхностей радиусами R д (точки + и х) и R B (точки А и V) с расчетными значениями, найденными с помощью поляризационно-оптического метода (точки + и л) и МКЭ (точки х и V), показывает удовлетворительное их соответствие (см. табл. 3.1).

Выбранное авторами название «Фотомеханика» является для советского читателя условным. Авторы книги не воспользовались принятым во многих странах, в том числе и у нас, термином «фотоупругость», так как в настоящей книге, кроме «фотоупругости», рассмотрены еще задачи так называемых «фото-вязкоупругости», «фотопластичности», «фототермоупругости» и «динамической фотоупругости». Все эти задачи решаются с применением поляризационно-оптического метода, который следует рассматривать как универсальный, разрабатываемый в настоящее время по ряду направлений.

Измерение двойного лучепреломления — весьма эффективное и точное экспериментальное средство определения напряжений и деформаций, используемое в поляризационно-оптическом методе. Как и другие экспериментальные методы, поляризационно-оптический метод применяют на практике в тех случаях, когда расчетные методы, пригодные в основном для тел с относительно простыми геометрией и граничными условиями, становятся слишком громоздкими. Применение поляризационно-оптического метода, однако, не ограничивается определением полей напряжений и деформаций в телах сложной формы и со сложными граничными условиями, а распространяется также на разработку и проверку новых методов расчета.

Основные сведения из оптики, необходимые для понимания поляризационно-оптического метода, носят общий для всех его приложений (фотоупругость, фотовязкоупругость, фотопластичность, динамическая фото упругость и др.) характер. Большая часть используемой аппаратуры тоже имеет общее назначение. Методы фотоупругости, однако, разработаны полнее других применений поляризационно-оптического метода. Авторы стремились изложить в настоящей книге самые общие принципы, прило-жимые ко всем разделам поляризационно-оптического метода, хотя большая часть примеров, приводимой литературы и рассматриваемых приложений относится к упругим задачам.