ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Исследование напряжений на плоских и объемных моделях из "Напряжения и деформации в деталях и узлах машин " Оптический метод исследования напряжений основан на свойстве большинства прозрачных материалов становиться двоякопреломляю-щими при деформации, вызванной нагрузкой. Величина двойного преломления в рассматриваемой точке материала пропорциональна деформациям (или напряжениям), создаваемым нагрузкой в этой точке, и измеряется по порядкам полос интерференции при просвечивании поляризованным светом. Исследование распределения напряжений в деталях машин и конструкциях проводится на моделях, выполняемых из полимерных прозрачных метериалов (эпоксидные, полиэфирные и другие смолы). Нагрузка на модель создается подобной нагрузке на деталь и может прилагаться к модели статически или динамически. Обеспечение условий подобия натуры и прозрачной модели рассмотрено в разделе 6. [c.158] Рассматриваемый метод в настоящее время достаточно полно разработан для определения напряжений в деталях машины и конструкциях, имеющих плоскую или объемную форму (плоское или объемное напряженное состояние) при деформациях в пределах пропорциональности. Изучение распределения напряжений в металлических деталях при упруго-пластических деформациях на прозрачных моделях более трудно выполнимо, так как зависимость между напряжениями и деформациями для материала модели должна быть подобной зависимости, получаемой для металла. [c.158] Основные преимущества метода, обеспечившие его практическое применение, следующие а) напряженное состояние может наблюдаться визуально по всей рассматриваемой плоскости модели б) весьма просто определяются напряжения на сложном контуре плоской модели в) напряжения могут быть определены с высокой точностью г) изменением формы модели может быть найдена улучшенная конструкция детали. К основным недостаткам метода относится следующее а) измерения проводятся на моделях, а не на натуре (исключая случаи применения наклеек — см. раздел 18) б) измерения на объемных моделях требуют применения более сложной техники эксперимента в) определение с большой точностью отдельных компонентов напряжений внутри объемной модели затруднительно г) метод исследования, достаточно разработанный для деформаций в пределах пропорциональности, труден для решения задач упруго-пластических деформаций на прозрачных моделях. [c.159] Отмеченные выше современные возможности поляризациоНнО--оптического метода достигнуты благодаря получению новых высококачественных материалов для моделей и развитию метода измерений. Рассмотренные в главе III методы и примеры исследований показывают, что с применением поляризованного света оказывается в настоящее время практически возможным решать с необходимой точностью различные сложные задачи распределения напряжений. [c.160] Измерение величин напряжений в прозрачной модели из оптически чувствительного материала производится в большинстве случаев с применением монохроматического света. [c.160] Получаемый в полярископе от источника света с помощью поляроида (поляризатор) плоско-поляризованный монохроматический свет, которым просвечивается модель, дает в каждой точке модели начало двум когерентным волнам (фиг. III. 1). Каждая волна имеет колебания в плоскостях главных напряжений и проходит модель с различной скоростью, зависящей от величин главных напряжений 01 и 02 и оптической чувствительности материала к напряжениям, а также длины волны монохроматического света [16], [47]. Выходящий в рассматриваемой точке модели свет благодаря полученной разности хода б обеих волн будет эллиптически поляризованным. Для точек модели с различными напряжениями форма и ориентировка эллипсов будут различны, но интенсивность выходящего из плоской модели света будет одинаковой, т. е. модель будет казаться во всех точках одинаково освещенной. [c.160] Этот метод измерения двойного лучепреломления является очень чувствительным и позволяет по изменению интенсивности света, получаемому при интерференции, измерять незначительную анизотропию, созданную в точках модели под действием нагрузки. [c.161] При параллельных осях поляризатора и анализатора часть экрана, не занятая моделью, будет светлой, и темные полосы интерференции имеют половинные порядки т = 1/2 3/2 5/2 . . . целым значениям т = 0-, 1 2 . . . соответствуют места. наибольшей освещенности между полосами. [c.161] Если модель выполнена из материала высокой оптической чувствительности 20 кг см) и толщина модели 3 5 мм, то при нагрузке модели на экране полярископа с монохроматическим светом получаются светлые и темные полосы различных порядков т, дающие картину полос. Точки, лежащие на одной и той же полосе, соответствуют одинаковым/п, т. е. одинаковым величинад а — 02) = = в плоской модели. Для исключения в картине полос темных изоклин применяют в полярископе при монохроматическом свете круговую поляризацию. [c.162] При применении в полярископе белого света происходит погасание соответствующих составляющих белого света, что приводит к появлению на экране дополнительных окрасок. Места, имеющие на экране одинаковую окраску (изохромы), соответствуют полосам интерференции при монохроматическом свете, т. е. точкам с одинаковой величиной (01 — 02) = 2т ,а . В полярископе с белым светом при большом порядке интерференции (т 5 -н 6) окраска на экране получается бледная и поэтому в этом случае необходимо применение монохроматического света. [c.162] Величины 0, — 0 , и подсчитываются по ним на основании формул (П1. 9). [c.164] Основной оптической характеристикой упругого материала для моделей является его оптическая постоянная, дающая напряжение, соответствующее одной полосе интерференции при толщине модели t = 1,0 см. Основные способы определения приведены в табл. III. 1. Прилагаемая при тарировке материала нагрузка не должна вызывать напряжений выше предела пропорциональности. [c.165] Измерения на плоских моделях производятся с помощью полярископа обычно по методу полос, который является наиболее простым методом измерения величин (о — о ). При применении современных прозрачных материалов высокой чувствительности и при толщинах плоской модели 6—8 мм при напряжениях в пределах пропорциональности на экране полярископа наблюдается картина полос интерференции с последовательным порядком т, целым или половинным. Наблюдаемая картина перечерчивается или фотографируется с указанием получаемых порядков полос т и величин в зонах концентрации. Для получения картины полос с высоким порядком т применяется в полярископе монохроматический свет при круговой поляризации. [c.167] Поляризационно-проекционные установки Ленинградского университета ППУ) обеспечивают получение параллельных лучей и выполняются с рабочим полем 120 мм. В установке ППУ-7, отличающейся высокой точностью и удобствами в работе, имеются ртутная, кадмиевая лампы и лампа белого света [27]. [c.168] Координатно-синхронный поляриметр Ленинградского университета (КСП) предназначен для измерений в плоской модели разностей хода методом компенсации (и по методу полос), позволяющим замерять по точкам с помощью слюдяного компенсатора величины т с погрешностями + 0,05 полосы. Оптическая система, установленная на координатнике, позволяет вести визуальное наблюдение и фотографирование. Вращение поляризаторов и анализатора — синхронное, вручную. Ход координатника равен 340 (по горизонтали) и 260 мм (по вертикали) с ошибкой в установке на точку порядка 0,3 мм [27]. [c.168] Полярископ фирмы (. .Меоптау , ЧССР ( фотоэластициметр РМВ 56 ) имеет рабочее поле 350 мм. Модель освещается от диффузора белым или монохроматическим (ртутные и натриевые лампы) светом. Обеспечено синхронное вращение от пульта поляризатора и анализатора с отсчетом делений через 1/400 окружности [73]. Фотографирование может производиться отдельной фотокамерой, которая устанавливается на достаточном расстоянии от полярископа. [c.169] Здесь —предел пропорциональности материала модели с—коэффициент, принимаемый 1 для обеспечения прочности модели. [c.169] Счет величин т в картине полос производится, исходя из обычно имеющихся точек m = О (выходящие углы модели, зоны без напряжений или зоны, где Tj = Tj), счетом полос на экране или фотографии. При отсутствии точки m = О применяется счет полос в процессе нагружения или находится порядок исходной полосы с помощью простейшего компенсатора (нагруженная или замороженная балочка, слюдяной или кварцевый клин) при нагруженной модели в полярископе. [c.169] Для возможности определения с высокой точностью порядков полос на контуре необходимо хорошо выполнить модель из хорошего материала, не иметь краевого эффекта , осуществить правильное нагружение модели, не достигать ползучести материала, обеспечить хорошую видимость контура (правильная установка модели в полярископе, помещение модели в иммерсионной ванне), точно определить порядки полос. [c.169] Знак нормальных напряжений вдоль ненагруженного контура плоской модели в простейших случаях можно найти, используя условия равновесия или исходя из знака напряжений в соседних зонах. В более сложных случаях для определения знака нормальных напряжений, а также для определения, растет или падает порядок полос от края внутрь модели, производится незначительное нажатие по всей толщине модели острым предметом из материала более жесткого, чем дюдель (край лезвия, угол стального бруска, ноготь). Так как сосредоточенное давление дает разность главных напряжений, соответствующую растяжению вдоль контура, то на растянутом контуре модели порядок полос от нажатия будет увеличиваться и на сжатом контуре — уменьшаться. Соответственно, если полосы при нажатии от растянутого (сжатого) контура- отдаляются (приближаются к нему), то величина порядка полос при переходе от контура внутрь модели падает (фиг. III. 6). [c.170] Вернуться к основной статье