ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ОПТИЧЕСКИЙ 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{ncd(o- оd - толщина пластинки, oи
ос - 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 oД/cd (где tточки с одинаковыми t- 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 otв данной точке достаточно определить с
для материала модели
и измерить компенсатором Д или можно определить оподсчитать порядок полосы т (аX/cd - разность
главных напряжении в модели, вызывающих разность хода Д = X;
с
и оизгибе на образцах из материала модели). Т. к. при нормальном просвечивании
плоской модели можно получить только разность главных напряжений и их направление,
то для определения oи осуществуют дополнит, физико-ме-ханич. способы измерения
o+ оoи
оoнаправлению, 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 оа²,
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.