42223

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В СТЕКЛЕ

Лабораторная работа

Физика

Эти лучи вследствие различия в показателях преломления распространяются в образце с разной скоростью что приводит к возникновению между ними разности хода. Используя компенсационную пластинку создающую между лучами дополнительную разность хода  4 на выходе из неё получают линейно поляризованный свет. Основной причиной разности хода являются термоупругие напряжения образующиеся на заключительных этапах производства стекла. Исследованиями установлено что если в образце имеет место напряженное состояние в пределах упругости...

Русский

2013-10-27

100 KB

28 чел.

- 6 -

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В СТЕКЛЕ

Цель работы - изучение поляризационно - оптического метода на-хождения величины напряжений в контролируемом образце и определение категории стекла по двойному лучепреломлению.

Поляризационно - оптический метод применяют при аттестации оп-тического бесцветного или цветного стекла для измерения в образцах или заготовках величины двойного лучепреломления.

Сущность его основана на использовании свойств поляризованного света. Для реализации метода в соответствии с ГОСТом 3519 - 69 использу-ют обычный поляриметр, состоящий из расположенных последовательно источника света, поляризатора, компенсатора и поворачивающихся вокруг оптической оси анализатора.

Свет, проходя от источника через поляризатор, приобретает линей-ную поляризацию, а затем в анизотропном образце становится эллипти-чески поляризованным. Такой свет обычно представляют двумя компонен-тами, которые называются обыкновенным и необыкновенным лучами. Эти лучи (вследствие различия в показателях преломления) распространяются в образце с разной скоростью, что приводит к возникновению между ними разности хода . Используя компенсационную пластинку, создающую между лучами дополнительную разность хода /4, на выходе из неё получа-ют линейно - поляризованный свет. С помощью анализатора, вращая его вокруг оптической оси прибора, определяют угол поворота плоскости поля-ризации.

Основной причиной разности хода являются термоупругие напряже-ния, образующиеся на заключительных этапах производства стекла. Эти напряжения приводят к появлению анизотропии материала и изменению состояния поляризованного света, поэтому данный метод широко исполь-зуют для анализа напряженного состояния заготовок стекла, различных из-делий или моделей конструкций при решении специальных задач в теории упругости. При этом по вычисленной величине определяют значение раз-ности главных нормальных напряжений 1 - 2.

Напомним, что главными нормальными напряжениями 1 и 2 назы-вают соответственно наибольшее и наименьшее напряжения, действующие по взаимно перпендикулярным направлениям элементарной площадки.

Исследованиями установлено, что если в образце имеет место напря-женное состояние в пределах упругости материала (выполняется закон Гука), то возникающая анизотропия, характеризуемая разностью хода , определяется выражением:

= В l 12 [нм], (1)

где В - коэффициент оптической активности, характеризующий чувствительность материала к механическим напряжениям; l - размер испытуемого образца в направлении распространения поляризованного света.

12  [Па]. (2)

Известно, что остаточные напряжения, деформируя поверхности, влияют на точность формообразования, изменяют оптические характерис-тики и вызывают двоение изображения.

Конструкция прибора ПКС - 125. Полярископ - поляриметр ПКС –

125 (рис.1) используют для  интегральной оценки разности хода , обуслов-ленной наличием в стекле остаточных напряжений. Прибор состоит из двух блоков: поляризатора - П с источником света 1, теплофильтром 2, матовым стеклом 3, поляроидом 4; анализатора - А, состоящего из поляроида 8, светофильтра 9, выделяющего область спектра 540 [нм], пластин (компенсатора) 5 или 6, создающих разность хода, соответственно,  и . При введении пластинки разность хода определяют по окрашенности интерференционной картины, а при введении пластинки  по углу поворота анализатора, соответствующего полному гашению света. Угол отсчитывают по шкале лимба

Содержание работы

  1.  Изучить устройство полярископа - поляриметра ПКС-125.
  2.  Определить разность хода на единицу длины /l между обыкно-венным и необыкновенным лучами и установить категорию оптического стекла, характеризуемую по ГОСТ 3514-76 величиной двойного лучепре-ломления.
  3.  Определить величину остаточных напряжений в стекле.

Методические указания и порядок выполнения работы

  1.  Включить осветитель на передней панели прибора (см. рис1).
  2.  Вращая анализатор за кольцо с накаткой, находящееся на окуляре, получить максимальное потемнение поля зрения (скрещенное положение поляризатора и анализатора, компенсатор в положении ноль).
  3.  Поместить на столик прибора испытуемый образец так, чтобы путь света в нем, при нормальном падении на входную грань, был макси-мальным.
  4.  Определить разность хода в испытуемом образце стекла. Для этого в блоке анализатора установить пластинку  и выставить лимб ана-лизатора в нулевое положение. Поместив на столик прибора испытуемый образец в поле зрения окуляра, наблюдают интерференционную картину, вид которой зависит от разности хода , величины и распределения напря-жений, а именно:

- при разности хода более 540 [нм] в поле зрения виден ряд цветных и две нейтральные (черная и серая) полосы;

- при разности хода 540-100 [нм] наблюдается окрашенность поля зрения и две темные полосы;

- при разности хода менее 100 [нм] в середине и по краям образца виден серый фон, разделенный двумя темными полосами.

Величину определяют следующим образом: при > [нм], в поле зрения вводят светофильтр, выделяющий область спектра с длиной волны 540 [нм], и устанавливают порядок интерференции, т.е. подсчитывают число N темных полос между нейтральной полосой и серединой образца. Поворачивая анализатор, добиваются максимального потемнения в середине образца. Сняв отсчет величины угла поворота анализатора, рассчитывают разность хода на всю длину и l - на единицу длины пути (что соответствует двойному лучепреломлению):

[нм/см] (3)

При  [нм] (N=0) разность хода можно измерять как в моно-хроматическом, так и в белом свете. В последнем случае для определения , поворачивая анализатор, совмещают полосы в середине образца. Иногда для повышения точности отсчета угла поворота в поле зрения вводят зеленый светофильтр. По шкале лимба определяют величину угла .

  1.  По величине найденной разности хода на единицу длины l (с учетом коэффициента оптической активности стекла данной марки) уста-новить категорию стекла по двойному лучепреломлению в соответствии с ГОСТом 3514-76 (табл.1).

Таблица 1

Катего-рия

Двойное лучепреломление в нм на 1 см (l), не более, в стеклах с оптическим коэффициентом напряжения 10 -12 [Па]-1

В до 2,0

В от 2,0 до 2,8

В свыше 2,8

1

до 1,5

до 2

до 3

2

4

6

8

3

7

10

13

4

10

15

20

5

25

50

65

  1.  По найденной разности хода определить величину напряжений 12 в образцах стекла.
  2.  Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 2.

Таблица 2

образца

Коэфф. опт.активно-сти                            В, 10-12 [Па]-1

Размер l  образца, [см].



град.

Разность хода /l [нм/см].

Категория по двойному лучепреломле-нию

12

[Па]

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

  1.  Краткую теоретическую часть и основные формулы для расчета  12.
  2.  Оптическую схему прибора ПКС-125.
  3.  Таблицу экспериментальных и расчетных данных.
  4.  Выводы по экспериментальным и расчетным данным.

Контрольные вопросы

  1.  Сущность поляризационно-оптического метода исследования напряженного состояния оптических материалов.
  2.  Причины, вызывающие двойное лучепреломление в стекле.
  3.  Влияние напряжений на оптические характеристики деталей и качество оптической системы в целом.
  4.  Полярископ-поляриметр ПКС-125. Его устройство, назначение, основные узлы и их элементы.

Литература

1.Нагибина И.М. Интерференция и дифракция света. - Л.: Машино-строение. - 1974г.

2.Кривовяз Л.М., Знаменская М.А. Практика оптической измери-тельной лаборатории. - Л.: Машиностроение, 1974г.

3.Зубаков В.Г., Семибратов М.Н., Штандель С.К. Технология оптических деталей - М.: Машиностроение, 1985г.

4. Кузнецов C.М., Окатов М.А. Справочник технолога -оптика - Л.: Машиностроение, Ленинградское отд., 1983г.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

65141. Новое в изучении Новгород-северских подражаний джучидским дирхемам третей четверти XIV века 104.5 KB
  Целью настоящей работы является поиск критериев надежного определения монет – подражаний денгам Мухаммеда Буляка (чекан Орды 772,773 и 777 годы хиджры), чеканенных на территории Новгород-Северского княжества в 1370-1380-е годы.
65142. НОВЫЙ ТИП СЕРЕБРЯНЫХ МОНЕТ УЗБЕКА, ЧЕКАНЕННЫХ В БУЛГАРЕ 53.5 KB
  Хромов 25 октября 2001 года Обрабатывая анонимные и анэпиграфные монеты 13 века из Волжско-Булгарского региона мной было обнаружено две серебряные монеты дирхемы неопубликованного ранее типа.
65143. О монетной чеканке на территории Киевского княжества в 50-е годы XIV века («киевские» подражания монетам Джанибека) 154 KB
  астоящий доклад является доработанным вариантом авторского доклада на XII Всероссийской нумизматической конференции. Более подробная разбивка типов монет на варианты стала возможным благодаря новым находкам публикуемых монет. Цифра в скобках указывает на порядковый номер монеты в весовой шкале для варианта, поэтому с добавлением новых монет до выхода их полного Каталога может изменяться
65144. Ранний монгольский доспех (IX – первая половина XIV в.) 916 KB
  Ранний монгольский доспех IX первая половина XIV в. Доспех монголов создавших в XIII первой половине XIV в. Хотя два свитка отнюдь не современники Ляо копия из музея Метрополитэн в Нью Йорке датируется XIV в. По вещественным и изобразительным источникам мы используем копию XIV в.
65145. Рыцарские доспехи XIV века из Азова 277.5 KB
  В 1979 г. в Азове при раскопках жилища золотоордынского времени, погибшего в результате пожара, был обнаружен компактной массой комплект железных предметов, составлявших защитные доспехи воина, и снаряжение его коня.
65146. ЗАЩИТНОЕ ВООРУЖЕНИЕ СТЕПНОЙ ЗОНЫ ЕВРАЗИИ И ПРИМЫКАЮЩИХ К НЕЙ ТЕРРИТОРИЙ В I ТЫСЯЧЕЛЕТИИ НАШЕЙ ЭРЫ 624.5 KB
  Наиболее масштабные работы по интересующей теме принадлежат, пожалуй, О. Гамберу, и Ю. С. Худякову, хотя исследователи являют полную противоположность друг другу. Маститый венский оружиевед строит свои выводы на основании широчайшего обзора материалов: с территории от Британии до Японии...
65147. Куликовская битва 1380 год. Русский и золотоордынский воины 610.5 KB
  Куликовская битва — одно из важнейших событий в средневековой отечественной истории — сыграла серьезную роль в процессе освобождения Руси от татаро-монгольского ига, в процессе консолидации русских государств-княжеств вокруг одного из них...
65148. Загадочная война Субэдэя с русскими 95.5 KB
  Это с одной стороны а с другой что за загадочные Тулисыгэ русский город и Елебань владетель или господин племени русских Попытавшись прояснить вопрос во втором жизнеописании Субэдэя в Юань ши их по ошибке оказалось два созданных разными...
65149. О ДАТАХ ЖИЗНИ ЧИНГИСХАНА 112 KB
  Если относительно смерти Чингисхана существует общепринятая дата август 1227 года которая подтверждена всеми основными источниками то относительно его рождения до сих пор нет такого согласия ни в источниках ни в исследованиях ни в официозе.