23077

Вимірювання напруг при механічних деформаціях поляризаційним методом

Лабораторная работа

Физика

Різницю фаз Δ що виникає між двома взаємно перпендикулярними лінійнополяризованими хвилями визначають за формулою 16 де λ довжина хвилі; σ1 σ2 головні нормальні напруги; d товщина деталі; с стала фотопружності яка залежить від матеріалу деталі. Таким чином при постійній товщині зразка лінії однакового зсуву фаз відповідають лініям однакових різниць нормальних напруг або лініям рівних максимальних дотичних напруг оскільки максимальна дотична напруга τmax пов'язана з...

Украинкский

2013-08-04

447 KB

0 чел.

Робота 5

Вимірювання напруг при механічних деформаціях поляризаційним методом

Прилади: джерело світла, набір світлофільтрів, поляризатор, аналізатор, досліджувані зразки, пристрій для механічної деформації зразків.

Теоретичні відомості

Крім природної оптичної анізотропії, в багатьох речовинах спостерігається штучна анізотропія, викликана дією електричного, магнітного полів або механічними деформаціями. Механічні деформації анізотропної речовини викликають додаткову анізотропію, а деформації ізотропних речовин - оптичну анізотропію. Останнє явище використовують при вивченні розподілу напруг у різник деталях, При плоскому напруженому стані всередині зразка можна вибрати площадку, де дотичні напруги дорівнюють нулю, а нормальні досягають найбільшого значення.  Такі напруги називають головними нормальними напругами. Під дією головних нормальних напруг у матеріалі зразка виникають деформації, що викликають оптичну анізотропію. Внаслідок різниці деформації в обох головних напрямах промені, поляризовані в різних напрямах, поширюються з різною швидкістю. Кожний елемент поводить себе подібно до кристала з подвійним променезаломленням, в якого осі найбільшої і найменшої швидкості збігаються з осями головних нормальних напруг σ1 та σ2. Різницю фаз Δ, що виникає між двома взаємно перпендикулярними лінійнополяризованими хвилями, визначають за формулою

                                                          (16)

де λ - довжина хвилі; σ1, σ2 - головні нормальні напруги; d - товщина деталі;  с - стала фотопружності, яка залежить від матеріалу деталі.

Таким чином, при постійній товщині зразка лінії однакового зсуву фаз відповідають лініям однакових різниць нормальних напруг або лініям рівних максимальних дотичних напруг, оскільки максимальна дотична напруга τmax пов'язана з головними нормальними напругами співвідношенням

                                                  (17)

Звичайно досліджувані деталі виготовляють з прозорих матеріалів, наприклад целулоїду, бакеліту, епоксидної смоли та ін., які мають значну константу фотопружності. Якщо деталь з такого матеріалу в напруженому стані помістити між схрещеними поляризатором та аналізатором, в полі зору буде видно інтерференційну картину, причому інтенсивність J світла в кожній точці визначається за формулою

                                             (18)

де J0 - інтенсивність світла, що проходить через паралельні поляризатор та аналізатор при нульовій напрузі; θ – кут між напрямом однієї з головних нормальних напруг у цій точці та площиною пропускання поляризатора або аналізатора; Δ - зсув фаз у цій точці.

При спостереженні в монохроматичному світлі темні смуги будуть в тих точках, де Δ=2кπ, а також там, де θ=0. Смуги, для яких Δ є сталою величиною, називаються ізохроматами; смуги, у яких напрями головних напруг та площини пропускання поляризатора та аналізатора збігаються, називається ізоклінами. На інтерференційній картині видно ізохромати, що відрізняються значеннями к, та ізокліну одного параметра, яка відповідає одній орієнтації поляризатора та аналізатора відносно деталі. Щоб дістати ізокліну другого параметра, необхідно повернути поляризатор та аналізатор відносно зразка, картина ізохромат при цьому не змінюється. В білому світлі ізохромати забарвлені, окрім ізохромати, для якої Δ=0, а ізокліни завжди тільки темні. Для визначення напруг поляризаційним методом з фотопружного матеріалу виготовляють модель необхідної деталі. Вимірюють зсув фаз в різних точках деталі в напруженому стані. Зсув фаз оцінюють по порядку к ізохромати, що проходить в цій точці, точніше – за допомогою компенсаторів Бабіне та Солейля. Повертаючи деталь відносно поляризатора і аналізатора визначають напрям головних нормальних напруг у різних точках деталі, тобто визначають ізокліни різних параметрів, і будують картину ізостат. Ізостата – це крива, дотична до якої збігається з напрямком головної нормальної напруги.

Експериментальна частина

Схема установки

Схема установки наведена на рис.7. Джерело світла S розміщене у фокальній площині лінзи 01. Світло від джерела проходить крізь світлофільтр N, лінзу 01, поляризатор Р і потрапляє на досліджувану деталь М. Далі світло проходить крізь аналізатор А, і інтерференційну картину на поверхні зразка спостерігають за допомогою зорової труби або фотографують фотоапаратом. Можна розглядати деталь через аналізатор без зорової труби, тоді перед поляризатором необхідно поставити матове скло. Поляризатор і аналізатор закріплюють в оправах з лімбами.

Виконання роботи

Схрестити аналізатор і поляризатор.

Побудувати картину ізохромат для даного навантаження. Для цього закріплюють досліджувану деталь і, поступово збільшуючи деформуючу силу, спостерігають зміну інтерференційної картини.

Визначити порядок кожної ізохромати. Підрахувати кількість темних смуг, що пройдуть крізь задане місце деталі при збільшенні навантаження від нуля до заданої величина. Порядок ізохромати к можна також визначити, якщо на картині є нульова темна смуга, яка залишається темною в білому світлі. Тоді порядок к є номером смуги, відрахованим від нульової. В місцях, де є замкнуті ізохромати, тобто там, де є стоки та джерела смуг, останній метод може привести до помилки.

Побудувати картину розподілу максимальних дотичних напруг у деякому перерізі деталі. Для цього позначити прямолінійний або круговий переріз деталі і, знаючи порядок смуги у кожній точці перерізу, визначити τmax в точках перерізу за формулами (16) та (17). Сталу с взяти з таблиць. побудувати картину розподілу τmax по осі y або ρ, а координати точок перерізу – по осі х або φ.

Побудувати картину ізоклін для даної форми деталі і для даних точок прикладення навантаження. Для цього при схрещених поляризаторі та аналізаторі і довільному навантаженні креслять ізокліну і позначають проекції площин пропускання поляризатора і аналізатора. Потім деталь повертають відносно поляризатора та аналізатора на 3 – 5 і знову креслять ізокліну. Таким чином дістають картину ізоклін різних параметрів від 0 до 90° на одному кресленні.

Побудувати картину ізостат для даної деталі. Для цього використовують картину ізоклін та відому орієнтацію поляризатора та аналізатора відносно зразка при одержанні першої ізокліни, Ізостати визначають способами, наведеними в роботі [1].


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

74428. ЧЕРЕДОВАНИЕ ПОЛОВОГО И БЕСПОЛОГО ПОКОЛЕНИЙ И СМЕНА ЯДЕРНЫХ ФАЗ 37.5 KB
  У большинства же зигота немедленно начинает делиться и образует новое растение или зародыш его; последний у семенных растений временно задерживается в дальнейшем развитии. У большинства оно способно размножаться вегетативно; кроме того у очень многих растений на нем или в нем образуются бесполым путем специальные клетки служащие для размножения носящие нередко различные названия и объединяемые под общим наименованием спор бесполого размножения. Каждый вид растений характеризуется определенным диплоидным и вдвое меньшим гаплоидным числом...
74429. Эпиблема (волосконосный слой) 31 KB
  На расстоянии 0110 мм обычно на расстоянии 123 мм от крайней точки корня клетки эпиблемы начинают образовывать корневые волоски. Корневые волоски многих травянистых растений длиннее чем у большинства древесных пород. При свободном росте при развитии корней в воде или во влажном воздухе волоски имеют форму цилиндра или конуса с закруглением на конце. Корневые волоски играют и механическую роль давая опору верхушке корня пробивающейся при росте между частицами почвы и способствуя заякориванию корневой системы в земле.
74430. Бесполое и половое размножение равноспоровых папоротников 31.5 KB
  Стенка спорангиев однослойная; содержимое их археспорий образует после редукционного деления клеточных ядер многочисленные темные споры служащие для бесполого размножения папоротников. Раскрывание созревших и начинающих подсыхать спорангиев происходит у громадного большинства папоротников при содействии группы клеток его стенок расположенных у многих кольцом и имеющих частичные утолщения...
74431. Бесполое и половое размножение разноспоровых, или водяных, папоротников 31.5 KB
  У некоторых разноспоровых папоротников а также других представителей высших споровых растений селагинелл изоэтеса произошла еще большая редукция мужских и женских заростков а также потеря и женским гаметофитом способности к фотосинтезу. У селагинелл близких к плаунам мега и микроспорофиллы собраны в колоски; мегаспоры прорастают в мегаспорангиях еще на материнском растении; у некоторых видов микроспоры переносятся на мегаспорофиллы и мегаспорангии где происходит оплодотворение начинается развитие зародыша и мегаспорангии отпадает...
74432. ПОЛОВОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ СЕМЕННЫХ РАСТЕНИЙ 31 KB
  Для рассеивания распространения растения служат следовательно не споры как у типичных споровых растений а семена; бесполого размножения спорами нет чередование поколений выражено неясно и выявляется лишь путем сравнительноморфологических и цитологических исследований. Спорофиллы покрытосеменных растений тесно скученные на концах побегов и у большинства окруженные еще метаморфизированными верхушечными листьями образуют вместе с ними цветок; мы можем охарактеризовать его как укороченный побег листья которого метаморфизированы в связи с...
74433. СТЕБЕЛЬ ДВУДОЛЬНЫХ И ГОЛОСЕМЕННЫХ 39 KB
  Из особенностей ее в стеблях отметим что клетки кожицы здесь обычно имеют мало извилистые очертания вытянуты в направлении параллельном продольной оси стебля и что частота устьиц сравнительно низка. Механическая ткань первичной коры и колленхима располагаются под кожицей в виде тяжей в углах стебля как например у губоцветных или в его ребрах у зонтичных реже в виде кольца у тыквенных пасленовых и др. В некоторых стеблях и многих корневищах этот слой представлен типичной эндодермой с поясками Каспари см. Некоторые авторы...
74434. Новизна теоретических исследований: понятия, закономерности, дефиниции понятий, теория 17.81 KB
  Работа претендующая на роль теоретической должна содержать положения выводы благодаря которым происходит развитие наличных достоверных знаний по предмету соответствующей отрасли правовой науки. При этом новизна может охватывать предмет науки с разной полнотой. Второй уровень новизны образуют оригинальные решения отдельных проблем науки. Одна из распространенных в правовой науке форм теоретической новизны сводится к развитию совершенствованию понятийного аппарата науки.
74435. Новизна эмпирических юридических исследований: единичные и обобщенные факты, эмпирический закон 17.37 KB
  Новизна эмпирических юридических исследований: единичные и обобщенные факты эмпирический закон Исследование новизна которого ограничивается эмпирическим уровнем знаний представляет собой эмпирическое исследование. Итак эмпирическое исследование проводится с применением теоретических знаний для описания и оценки исследуемых фактов но в нем нет новых теоретических положений сформулированных лично автором иначе исследование относилось бы к теоретическому уровню познания. Эмпирическое юридическое исследование в полной мере соответствует...
74436. Общие принципы научного познания: объективность, всесторонность, системность, конкретно-исторический подход 16.87 KB
  Общие принципы научного познания: объективность всесторонность системность конкретноисторический подход В российской философской и юридической литературе в числе всеобщих принципов научного познания чаще всего называют принципы объективности познаваемости объективного мира всесторонности познания исторического и конкретноисторического подходов познания отдельного явления через выделение противоречивых его сторон и др. Принцип объективности означает что в процессе познания нужно подходить к исследуемым явлениям и предметам так как...