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

38108. Військовий підрозділ як мала соціальна група 222.5 KB
  Ознайомити курсантів студентів з поняттям про військовий підрозділ як малу соціальну групу; розвитком малої соціальної групи як колективу i його основними характеристиками. Розвиток малої соціальної групи як колективу i його основні характеристики. Прийняти рапорт чергового навчальної групи перевірити наявність курсантів на занятті їх зовнішній вигляд готовність до занять. Соцiальнi групи якi функцiонують у збройних силах пiдпорядкованi загальним закономiрностям розвитку груп і колективами стають лише тодi коли досягають певного рiвня...
38109. Соціально-психологічні риси військового колективу 92.5 KB
  Заняття № 4: “ Соціальнопсихологічні риси військового колективуâ€. Розкрити зміст соціальнопсихологічних рис військового колективу; 2. Ознайомити слухачів із основними методами вивчення психології військового колективу; 3. Ознайомити курсантів із соціальнопсихологічною рисами військового колективу ціленаправленість та цілеспрямованість .