Поляризационно оптическому

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.

Применяемый в поляризационно-оптическом методе поляризованный свет создают следующими способами: 1) посредством отражения, 2) пропусканием через кристаллы, 3) с помощью поляроидных пленок. В современных полярископах обычно используются поляроидные пленки, так как они обходятся недорого, могут быть изготовлены в виде весьма больших листов и создают почти полную поляризацию. Подробное описание отражающих зеркал и поляризационных призм читатель может найти в других пособиях (см., например, [1, 7*]).

или «.пластинкой Я/4». Эти пластинки играют важную роль в полярископах, используемых в поляризационно-оптическом методе.

J) Геометрическое представление Пуанкаре разработано применительно к поляризационно-оптическому методу исследования напряжений М. Ф. Вок-штейн [8*]; это упростило решение ряда задач и позволило наметить новые экспериментальные приемы исследования.— Прим. ред.

Уравнения (3.2) — основные соотношения между напряжениями и оптическим эффектом, используемые в поляризационно-оптическом методе.

Эти соотношения выражают зависимость между оптическим эффектом и напряжениями через абсолютные разности хода. Ими воспользовался Фавр для определения отдельно каждого из главных напряжений посредством интерферометра Маха — Цендера [2]. Величины главных напряжений можно определить этим путем очень точно, но это производится по точкам и является очень тонким и длительным. Поэтому в поляризационно-оптическом методе исследования в большинстве случаев проводят с использованием зависимости между оптическим эффектом и касательными напряжениями, которая рассматривается в следующем разделе 1).

Уравнения (3.2) выражают изменение показателя преломления для каждого преломленного луча по сравнению с начальным показателем преломления для оптически изотропной среды. Однако в поляризационно-оптическом методе чаще пользуются разностями показателей преломления. Исключив п0 из уравнений (3.2) путем вычитания, получаем

Соотношения (3.4) выражают зависимость между оптическим эффектом и напряжениями в том виде, в каком она обычно используется в поляризационно-оптическом методе.

Из рассмотрения соотношений (3.4) вытекает следующий важный вывод: если направление просвечивания параллельно одному из главных напряжений, то относительная разность хода не зависит от этого напряжения, а зависит только от двух других главных напряжений. Это обстоятельство широко используется в поляризационно-оптическом методе при определении напряжений на объемных моделях.

J) Гл. 8 книги [1], в которой рассмотрены свойства различных семейств Линий, используемых в поляризационно-оптическом методе, воспроизведена: в приложении П.— Я/.ши. ред. - .-•: : _•

Точные измерения в поляризационно-оптическом методе обычно производят с использованием монохроматического света. Однако белый свет позволяет повысить путем использования цветных полос точность измерений в областях, где имеется небольшая величина двойного лучепреломления. Белый свет состоит из волн всех длин видимого спектра. Так как коэффициент оптической чувствительности С в соотношении (3.4) не зависит от длины волны, то при различных величинах разности главных напряжений станет возникать интерференция волн, соответствующих различным цветам спектра. В итоге получается картина изохром, состоящая из цветных полос и соответствующая полю напряжений. Цвет каждой полосы поля изохром соответствует дополнительному цвету для той длины волны, которая оказалась погашенной. В табл. 4.1 приведены приближенные величины разностей хода, соответствующих различным цветам в поле изохром. Надо отметить, что в этой таблице приведены лишь разности

Книга представляет собой пособие по поляризационно-оптическому методу исследования напряжений и деформаций. В ней кратко, но достаточно полно изложены теоретические основы и техника эксперимента этого метода: необходимые сведения из оптики, полярископы и другие приборы и приспособления, материалы для изготовления моделей, методика проведения измерений и обработки результатов. На примерах исследований, выполненных авторами, рассмотрены различные применения метода: плоские и пространственные задачи, .исследование температурных напряжений, динамические задачи.

Как отмечают авторы, книгу нельзя считать полным курсом по поляризационно-оптическому методу исследования напряжений, но в ней изложены основы метода и достаточно полно отражена практика проводимых авторами исследований. В связи с тем, что авторы часто ссылаются на книгу Дюрелли и др. «Введение в теоретический и экспериментальный анализ напряжений и деформаций»1), наиболее полезные в ней гл. 8 и 12 помещены в настоящей книге как приложения II и III. При необходимости более полное изложение общих вопросов поляриза-ционно-оптического метода советский читатель сможет найти в ранее вышедших в переводе книгах: М. М. Фрохт «Фотоупругость», т. I, 1948 г. и т. II, 1950 г. (Гостехиздат) и Э. Кокер и Л. Фай-лон «Оптический метод исследования напряжений» (ОНТИ, 1936). Авторский текст переведен без сокращений. Ради удобства советских читателей введение и предисловие авторов были объединены с сокращением повторений. Даваемые авторами в конце каждой главы ссылки на источник, равно как и приводимая ими дополнительная общая литература в конце книги, позволят читателю при необходимости найти более полные сведения. Кроме того, редактором и переводчиком в тексте даны дополнительные (помеченные звездочками) ссылки на работы, ознакомление с которыми может принести пользу читателю при рассмотрении отдельных вопросов. При подготовке книги к изданию в переводе отдельные не вполне удачные иллюстрации нами не исправлялись.

Эта книга, содержащая новые сведения, является полезным пособием для инженеров, научных сотрудников, экспериментаторов, аспирантов и студентов по поляризационно-оптическому методу исследования напряжений и деформаций, получившему в нашей стране широкое применение в научно-исследовательских институтах, конструкторских бюро, высших учебных заведениях. Ознакомление с ней представит интерес и для специалистов, ведущих исследования напряжений и деформаций с применением расчетных методов, и для специалистов, работающих в области прочности.

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.

J) Геометрическое представление Пуанкаре разработано применительно к поляризационно-оптическому методу исследования напряжений М. Ф. Вок-штейн [8*]; это упростило решение ряда задач и позволило наметить новые экспериментальные приемы исследования.— Прим. ред.

Измерениями толщины широко пользовались раньше специалисты по поляризационно-оптическому методу для определения суммы главных напряжений с целью последующего разделения главных напряжений. Ими для этого было разработано много тонких и точных приборов. Чтобы проиллюстрировать порядок измеряемых величин, предположим, что модуль упругости материала модели и коэффициент Пуассона при комнатной температуре соответственно равны 35 000 кг/см* и 0,4 и что сумма главных напряжений составляет 70 кг/см2. По формуле (8.29) запишем

Подробнее этот вопрос изложен в других руководствах [1] г). Ниже речь пойдет о нескольких основных положениях, имеющих непосредственное отношение к поляризационно-оптическому методу.

На фиг. 10.5 показано распределение напряжений в поперечном сечении, проходящем через вершину выточки. Там же приведены результаты теоретического решения для двух значений коэффициента Пуассона. Расхождение можно, по-видимому, объяснить тем, что срез имел толщину около 3,9 мм. Величина и направление главных напряжений меняются в срезе таким образом, что среднее касательное напряжение оказывается меньше, чем в центральной плоскости. На этом же графике иллюстрируется еще одно обстоятельство, о котором некоторые специалисты по поляризационно-оптическому методу часто забывают, а именно возможность сильной зависимости напряжений в пространственных задачах от упругих констант.

ПО ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ОПТИЧЕСКОМУ

Основные книги и статьи по поляризационно-оптическому методу 475

ОБЗОРНЫЕ СТАТЬИ ПО ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ОПТИЧЕСКОМУ МЕТОДУ И СТАТЬИ ПО ОБЩИМ ВОПРОСАМ