ПОЛЯРИЗАЦИОННООПТИЧЕСКИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ
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). Главные значения тензора диэлектрич. проницаемости линейно связаны с главными напряжениями. Так, напр., для пластинки, нагруженной в своей плоскости, одно главное напряжение, направленное нормально к пластинке (рис. 1, а), равно нулю и одна из главных плоскостей оптич. симметрии совпадает с плоскостью пластинки. Если на пластинку D в круговом полярископе (рис. 2) падает свет перпендикулярно к ее плоскости, то оптич. разность хода равна: Д = d{n1 - n2) или Д = cd(o1 - о2), где d - толщина пластинки, o1и о2 - главные напряжения, с - т. н. относительный оптич. коэфф. напряжений. Это ур-ние (т. н. ур-ние Вертгейма) - основное при решении плоских задач П.-о. м. и. При просвечивании монохроматич. светом в точках интерференционного изображения модели, в к-рых Д = mХ (т - целое число), наблюдается погашение света; в точках, где Д = (2т + 1) Х/2, - максимальная 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 Д, т. е. одинаковые o1 - о2 = 2tmax = Д/cd (где tmах-макс, скалывающие напряжения). При белом свете точки с одинаковыми tmах соединяются линиями одинаковой окраски - изохромами.
Рис. 1. Схемы: а - пластинки, нагруженной в своей плоскости; б - элемента объёма н напряжённом состоянии; о-нормальные; t - касательные напряжения.
Рис. 2. Схема кругового полярископа: 5 - источник света, Р - поляризатор; D - пластинка; Х/4 - компенсирующие пластинки; А - анализатор; Э - экран.
Рис. 3. Картина полос при равномерном растягивании пластинки с круглым отверстием.
Для определения o1 - о2 или tтах в данной точке достаточно определить с для материала модели и измерить компенсатором Д или можно определить о0 модели и подсчитать порядок полосы т (а0 = X/cd - разность главных напряжении в модели, вызывающих разность хода Д = X; с и о0 получают при простом растяжении, сжатии или чистом изгибе на образцах из материала модели). Т. к. при нормальном просвечивании плоской модели можно получить только разность главных напряжений и их направление, то для определения o1 и о2в отдельности существуют дополнит, физико-ме-ханич. способы измерения o1 + о2, а также графовычислит. методы разделения o1и о2 по известным o1 - о2 и их направлению, использующие ур-ния механики сплошной среды.
Для исследования напряжений на объёмных моделях применяется более сложная техника эксперимента. Объёмная модель часто исследуется с применением метода "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 высокоэластич. состоянии, и сопровождающая их оптич. анизотропия фиксируются. Наглядно описать это явление можно при помощи условной двухфазной модели материала. При нагреве до 80-120 °С (высокоэластич. состояние) одна часть материала размягчается, другая остаётся упругой. Нагрузке, приложенной к нагретой модели, противостоит неразмягчающийся скелет. При охлаждении нагруженной модели до комнатной темп-ры размягчающаяся часть снова застывает ("замораживается") и удерживает деформацию в скелете после снятия нагрузки. "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.
Описанный 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 (фотопластичность), динамич. процессов, температурных напряжений (фототермо-упругость), для моделирования при решении задач ползучести (фотоползучесть) и др. нелинейных задач механики деформируемого тела.
Разработан 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 ведутся на моделях, то они заканчиваются переходом от напряжений в модели к напряжениям в детали. В простейшем случае одет = омод В/а2, где а и В - масштабы геометрического и силового подобий.
Лит.: Пригоровский Н. И., Поляризационно-оптический метод исследования распределения напряжений, в кн.: Справочник машиностроителя, т. 3, М., 1962; Александров А. Я., Ахметзянов М. X., Поляризационно-оптические методы механики деформируемого тела, М., 1973.
В. Н. Савченко.