книги / Экспериментальные методы определения напряжений и деформаций

Наличие такой связи позволяет доводить решение задачи о напряже­ ниях до численного значения.

§ 2. ЯВШШЯ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В ПОЛЯРИСКОПЕ

Разнооть главных напряжений, ооглаоно закону Вертгейыа, можно по* лучить, определив линейную разность хода & . Для измерения этой ве­ личины необходимо подучить интерференцию лучей. Если на сути поляри* зованного луча поставить напряженную модель, то луч света будет раз­ ложен на два, пдоокости колебаний которых взаимно перпендикулярны.

По законам интерференции такие два луча не интерферируют. Они будут интерферировать в том олучае, если этвдва колебания будут сведены в одну плоокость. С этой целью на пути преломленного луча ставится второй поляризационный прибор - анализатор. Если плоскости доляризаг* ции первого я второго поляризационных приборов параллельны, мы на­ блюдаем картину интерференции в бодом поле, воли скрещены (т .е . рас­ положены под углом 90°) - в черном поле. ( Р и с . 6 ) .

Таким образом, простейший прибор для определения разности хода будет соотоять из источника оаета, поляризатора, напряженной модели, анализатора и экрана. Интерференция наблюдается на экране а виде цветной или черно-белой картины полос в зависшооти от того белым светом или монохроматическим соответственно освещена модель.

При черно-белой картина интерференции максимальная интенсивность освещения (белая полоса) достигается в тех местах, где разность хо­ да лучей равна нечетному числу полуволн, либо направление главных напряжений составляет с плоскостью поляризации угол 0 = 45°. Наименьшая интенсивность освещения наблюдается тогда, когда 0 = 0 ° , 90°, 180°, 270°, т . е . плоскость поляризации прибора совпадает о на­ правлением одного из главных напряжений пли составляет о ним угол в 90°.

Полное погасание света происходит п тогда, когда разность хода

Таким образом, на экране полярископа в монохроматическом свете будет виден ряд темных и светлых линий, определенным образом свя­ занных с картиной раопределепия напряжений в модели.

Рассмотрим случай, когда направление главных напряжений состав­ ляет о плоскостью поляризации 0° или 90°. Боли при скрещенном поля­ рископе в данной точке модели направления главных напряжений совпа­ дают о направлением пдоскоотей поляризации, то в соответствующем меоте экрана получается затемнение. В таком случае темные линии соединяют точки, в которых направления главных напряжений одинако­ вы. Эти линии называются изоклинами. Определить направление глав­

хронно поворачивая поляризатор и анализатор, можно получить изокли­ ны любого параметра.

Полное погасание луча возникает и тогда, когда разнооть хода Б равна целому числу волн и Л . Следовательно, на экране оущеотвует еще одно семейство темных линий с одинаковой разностью хода лучей, или, что одно и тоге, о одинаковой разностью главных напряжений

Линии, соединяющие точки о одинаковой разноогью главных напряже­ ний, называются иэохромами или полосами.

Для разделения изоклин и полое следует помнить, что цри синхрон­ ном повороте поляризатора и анализатора картина полос не ыеняетоя.

Для получения картины одних только полоо в полярископ перед мо­ делью и после нее вводят пластинки из слюды, называемые пластинка­

§3. ПОПЯРИЗАЦЙОННО-ПРОИЩИОННЛЯ. УСТАНОВКА ППУ-7

Впрактике поляризационно-оптического метода применяют различ­ ные типы полярископов. Рассмотрим один из них, предназначенный для исследований в проходящем свете- - поляризационно-проекционную ус­

тановку ППУ-7 (рис. 5 ). Как И все прочие (ПОУ-4, ППУ-5, ППУ-6) она состоит из поляриэаторной и анализаторной частей и нагрузочно­ го устройства. Поляризаторная и анализаторная части смонтированы на отдельных оптических скамьях. Поляризаторная часть состоит из

источника света, тепдо-и светофильтров, поляризатора о откидной пластинкой в четверть волны и системы линз для создания параллель­ ного пучка света, которым освещается модель. Анализаторная часть содержит поляризующую призму - анализатор о пластинкой в четверть волны, рабочую линзу, проекционный объектив и фотокамеру или экран.

Поляризатор и анализатор размещены во вращающихся оправах, снаб­ женных лимбами. Все узлы установки закреплены на рейтерах, переме­ щающихся по призматическим направляющим.

Нагрузочное приспособление установки (рио. 7 ), в котором поме­ щается модель, позволяет создавать деформации растяжения, сжатия, изгиба с наибольшей нагрузкой в 500 кг. Передаточное отношение ры­ чагов пресса составляет 1:50.

§ 4. метода- ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗНОСТИ ГЛАВНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Разработано несколько методов определения разности главных на­ пряжений: метод сопоставления цветов, метод полос, метод компен­ саций. Наиболее‘.простым из них является метод полос.

Для определения напряжений по методу полос применяется монохро­ матический источник свота. Чаще воего это ртутная лампа, свет кото­ рой пропущен через подходящий светофильтр. При скрещенном поляриза­ торе а анализаторе каждой темной полосе соответствует разность хо­

и является постоянной характеристикой данного материала.

Такта образом, чтобы определить разность главных напряжений

Наиболее просто определить порядок полосы, наблюдая за образова­ нием картины полос в процессе постепенного нагружения модели. Так при тарировании изгибом существует особая полоса, которая остается

Для определения цены полосы материала проводят специальные тарировочные испытания.

Испытание" на растяжение. В нагрузочное устройство оптической ус­ тановки помещается призматический образец и подвергается централь­

наблюдаемая окраска образца периодически меняется. При использова­ нии монохроматического света в скрещенном полярископе периодически повторяются затеш ения. Фиксируя максимальную интенсивность затем­ нения а нагрузку, соответствующую этому моменту, определяют напряно-

После определения размеров образец помещается в нагрузочное приспо­ собление и нагружается по схеме чистого изгиба (рис. 9 ) . Ведется паблкщенае за появлением и движением полос по мере роста нагрузки.

По достижении определенного значения нагрузки зарисовывается карти­ на полос, определяются расстояния у полос от нейтральной оои

продление оси вращения кристаллической пластинки совпадает с на» продлением наименьшего главного нормального напряжения в нсследуе­ мой точке,

Метод компенсации оамай точный» но весьма трудоемкий метод опре­ деленна раанооти главных напряжений,

§ 5. опрзздиганив НАПРАВЛЕНИЯ ГЛАВНЫХ ШШРЯШШЙ

Существует два основных опособа отыскания направления главных напрявений. В нервом случае для итого используется поле изоклин. Изоклины подучаются, когда оси окрещенных поляризатора и анализато­ ра оовпадают о направлением главных напряжений в модели. Синхронно меняя с определенным интервалом ориентацию плоскостей поляризации, можно получить картину изоклин различных параметров. Линия изокли­ ны зарисовывается по точкам наибольшего затемнения. Перед фиксаци­ ей взокдш необходимо проверить полошшие анализатора в поляризато­ ра о тем» чтобы нуди на шкале поляризатора и анализатора соотэетотвовшш один вертикальному» а другой - горизонтальному положению плоокоотеи поляризации. В бодыашотве одучаев достаточно нанести картину изоклин с интервалом в 10°. Картина изоклин позволяет по­ строить изостаты - линии» касательные к которым определяют направ­ ление главных напряжений, Делают ото при помощи штрихов, наносимых под соответствующим углом па линии изоклин (рис. ю ).

Угол этот соответствует параметру изоклины .У.

Далее по этим штрихам при помощи лекала вычерчивается система траекторий одного из главных напряжений. Вторая система строится ортогонально первой. Все напряжения касательные к кривым одного се­ мейства траекторий будут максимальными, а другие - шадкельщшн. По пзвеотной ориентаций максимального главного напряжения в какойнибудь одной точке модели (нащшмер, на контуре) могло установить какому направлению изостат соответствует направление наибольшего напряжения во воем поле изостат.

§6. МЕТОДЫ РАЗДЕШИЯ ГЛАВНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Врезультате поляризационно-оптического исследования определя­ ются разности и направления главных напрянений в плоскости модели.

Вряде случаев этого оказывается достаточно, например, для оценки

прочности по творив максимальных касательных напряжений. Однако» в общем случав требуется определить все компоненты тензора напряжений

Определенае их или разделение производится различные метода!®, ко­ торые могут бить выделены в три группы:

а) методыа требующие постановки дополнительных экспериментальных

в) смешанные методы, когда для разделения напрялеквй привлекаются дааш е и экепвршоита и численные результаты.

Вябор метода осуществляется в каздом конкретном случае в зависимоотп от условий скопершеата и от поставленной задачи.

К екснершептадьншл методам относятся наклонное просвечивание, ызмеренпо по^оречнкх дефодо-аций. В первом случае к результатам норшльнего щ»осеэчиншшя малзлк привлекаются результата наклонного

6а = с*, &ш4е у ( б г Со5е У - б х )

Во втором случае при помощи специальных приспособлений в исоледувмой точке измеряют величину поперечной деформации В ооотватствии о законом Гука.

^ » - ^ - ( б 1 + в о Ю - л »

Еоли замерить величину поперечной деформации по всему полю плоохой модели, то разделение главных напряжений осуществляется решени­ ем слотами двух линейных уравнений, связываниисуш у в разность главных напряжений (3 .4 , 3 .1 0 ).

Методом численного разделения главных напряжений является метод разнооти касательных напряжений, основанный на решении дифференци­

При последовании поляризационно-оптическим методом объемных моде­ лей на экране полярископа наблюдается оуодарный эффект от всех на­ пряженных состояний по длине пути светового луча. В таком случае для определения напряжений в какой-либо внутренней точке необходимо выделить облаоть вокруг этой точки таким образомс чтобы напряженное соотояние по толщине выделенного элемента не изменялось. Для этого