ПОЛЯРИЗАЦИОННО — ОПТИЧЕСКИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ

Напряжений, метод изучения напряжений в деталях машин и строит. конструкциях на прозрачных моделях. Основан на свойстве большинства прозрачных изотропных материалов (стекло, целлулоид, желатин, пластмассы — оптически чувствительные или пьезооптич. материалы) становиться при деформации оптически анизотропными, т. е. на возникновении искусств. двойного лучепреломления (т. н. пьезооптич. эффекта). Гл. значения тензора диэлектрич. проницаемости в пределах упругости линейно связаны с гл. напряжениями. Так, напр., для пластинки, нагруженной в своей плоскости, одно главное напряжение s3, направленное нормально к пластинке (рис. 1, а), равно нулю и одна из гл. плоскостей оптич. симметрии совпадает с плоскостью пластинки.

Рис. 1. Схемы: а — пластинки, нагруженной в своей плоскости; б — элемента объёма в напряжённом состоянии; а — нормальные напряжения; t — касательные напряжения.

Если на пластинку D в круговом полярископе (рис. 2) падает свет перпендикулярно к её плоскости, то интенсивность света, прошедшего анализатор А, будет равна I=I0sinpD/l, где I0 — интенсивность света, прошедшего поляризатор Р, l — длина волны света лампы S полярископа, D=Cd(s1-s2) — оптич. разность хода, d — толщина пластинки, s1 и s2 — гл. напряжения, С — т. н. относительный оптич. коэфф. напряжений.

Рис. 2. Схема кругового полярископа(l/4— компенсирующие пластинки; Э — экран).

Это ур-ние (т. н. ур-ние Вертгейма) — основное при решении плоских задач П.-о. м. и. При просвечивании монохроматич. светом в точках интерференц. изображения модели, в к-рых D=ml, (m—целое число), наблюдается погашение света; в точках, где D=(2m+1)l/2,— макс. освещённость. На изображении модели (рис. 3) получаются светлые и тёмные полосы разных порядков т (картина полос). Точки, лежащие на одной и той же полосе, имеют одинаковую D, т. е. одинаковые s1-s2 = 2tmax = DCd (где tmax — макс. касательное напряжение). При белом свете точки с одинаковыми tmах соединяются линиями одинаковой окраски — изохромами. Чтобы получить значения s1-s2 (или tmах), в данной точке достаточно определить С для материала модели и измерить компенсатором D или можно определить s0 модели и подсчитать порядок полосы т (s0=l/Сd — разность гл. напряжений в модели, вызывающих разность хода D=l; С и s0 получают при простом растяжении, сжатии или чистом изгибе образцов из материала модели).

Рис. 3. Картина полос при равномерном растягивании пластинки с круглым отверстием.

Т. к. при нормальном просвечивании плоской модели можно получить только разность гл. напряжений и их направление, то для определения s1 и s2 в отдельности существуют дополнит. физико-механич. способы измерения s1+s2, а также графовычислит. методы разделения s1 и s2 по известным s1-s2 и их направлению, использующие ур-ния механики сплошной среды.

Для исследования напряжений на объёмных моделях применяется метод «замораживания» деформаций. Модель из материала, обладающего свойством «замораживания» (отверждённые эпоксидные, фенолформальдегидные смолы и др.), нагревается до темп-ры высокоэластич. состояния, нагружается и под нагрузкой охлаждается до комнатной темп-ры (темп-ры стеклования). После снятия нагрузки деформации, возникающие в высокоэластичном состоянии, и сопровождающая их оптич. анизотропия фиксируются. «Замороженную» модель распиливают на тонкие пластинки (срезы) толщиной 0,6— 2 мм, к-рые исследуют в обычном полярископе.

Применяется также метод рассеянного света, при к-ром тонкий пучок параллельных лучей поляризованного света пропускается через объёмную модель и даёт в каждой точке на своём пути рассеянный свет, к-рый наблюдается в направлении, перпендикулярном к пучку. Состояние поляризации по линии каждого луча от точки к точке меняется соответственно напряжениям в этих точках. Существует метод, при к-ром в изготовленную из оптически нечувствительного к напряжениям прозрачного материала (спец. органич. стекла) объёмную модель вклеивают тонкие пластинки из оптически чувствит. материала. Измерения во вклейках проводят как на плоской модели — с просвечиванием нормально или под углом к поверхности вклейки.

П.-о. м. и. применяется для изучения напряжений в плоских и объёмных деталях в пределах упругости в тех случаях, когда применение вычислит. методов затруднено или невозможно. П.-о. м. и. напряжений используется для изучения пластич. деформаций (метод фотопластичности), динамич. процессов, температурных напряжений (метод фототермоупругости), для моделирования при решении задач ползучести (метод фотоползучести) и др. нелинейных задач механики деформируемого тела.

Применяется также метод оптически чувствит. наклеек (слоев), наносимых на поверхности натурных деталей. Слой оптически чувствит. материала наносится на поверхность металлич. детали или её модели в жидком виде и затем подвергается полимеризации или наклеивается на деталь в виде пластинки; это обеспечивает равенство деформаций нагруженной детали и покрытия. Деформации в покрытии определяются по измеренной в нём разности хода в отражённом свете при помощи односторонних полярископов.

Так как П.-о. м. и. напряжений ведётся на моделях, то он заканчивается переходом от напряжений в модели к напряжениям в детали. В простейшем случае sдет=sмоя•b/a2, где a и b — масштабы геом. и силового подобий.