Маринец А.И.

Днепропетровский национальный университет

МОДЕЛИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ МЕТОДОМ ФОТОУПРУГОСТИ

Модели из оптически чувствительного материала обычно отличаются от реальной конструкции масштабом, упругими характеристиками, внешней нагрузкой. Поэтому при обработке эксперимента определяют соотношения, которые позволят решить задачу о переносе результатов с модели на натуру.

Для изготовления моделей из оптически активных материалов используются все виды обработки резанием. Однако, процесс механической обработки сопровождается значительным выделением тепла, которое может привести к появлению температурных напряжений по всему контуру модели, что затрудняет количественную оценку распределения напряжений. Для получения качественной модели необходимо использовать хорошо заточенный инструмент, а обработку вести с максимальным числом оборотов инструмента или модели, минимальной подачей при интенсивном охлаждении. Плоские модели любой конструкции удобно изготавливать с помощью металлического шаблона, который выполнен по форме модели.

Все оптически чувствительные материалы обладают способностью поглощать влагу из окружающей среды. Это приводит к тому, что на контуре модели со временем возникает оптическая разность хода, вызванная появлением внутренних напряжений. Это явление, называемое краевым эффектом времени, вызывает значительные трудности при качественном и количественном анализах картин изохром и изоклин. Полосы, возникающие в результате краевого эффекта, раполагаются параллельно контуру модели и искажают картину изохром, обусловленную внешней нагрузкой, что приводит к большим ошибкам при определении контурных напряжений. Чтобы избежать появления этого эффекта, необходимо проводить эксперимент в тот же день, когда изготовлена модель. Если это не удается осуществить, рекомендуется хранить модель в иммерсионной жидкости или покрывать ее тонком слоем парафина. Для материалов на основе эпоксидных смол процесс диффузии протекает достаточно быстро. Поэтому, если выдержать такой материал в течение нескольких месяцев при постоянной влажности и проводить испытание модели в тех же условиях, краевой эффект не возникает.

В процессе изготовления и хранения материала в нем могут возникнуть остаточные напряжения, которые также приводят к значительным погрешностям измерений. Так как влияние остаточных напряжений учесть трудно, лучше всего изготавливать модель из участков пластины, на которых отсутствует начальная оптическая разность хода. В некоторых случаях можно уменьшить уровень остаточных напряжений с помощью отжига материала.

При проведении эксперимента необходимо обратить внимание на выбор нагружения и установку модели в поле полярископа. Внешнюю нагрузку обычно выбирают так, чтобы получить достаточно большое количество полос и чтобы модель находилась в упругой области. Модель должна быть достаточно толстой, так как тонкие модели могут потерять устойчивость в процессе нагружения. Чтобы картина изохром была четкой и непрерывной, нагрузка должна раномерно распределяться по толщине модели. Для этого применяются тонкие прокладки из бумаги или резины. Контур модели в поле полярископа может быть плохо виден из-за плохого качества изготовления и неправильной установки. Если на экране контур наблюдается в виде темной полосы, то модель расположена неперпендикулярно к пучку света и, поворачивая ее следует добиться такого положения, чтобы ширина темной полосы стала минимальной. Установку модели рекомендуется проводить в белом поле полярископа. При использовании диффузионного полярископа наличие темной полосы вдоль контура обусловлено ходом лучей и исключить ее можно тогда, когда участки контура располагаются в центре кадра. Порядок полосы на контуре модели можно установить также экстраполяцией.

Для фотографирования статических картин полос можно использовать фотоаппараты любых типов. Для получения четких изохроматических картин полос необходимо использовать фотопленки и пластинки с высокой разрешающей способностью. Тип фотоматериала зависит от источника света. Фотографирование ведется в среднем диапазоне диафрагм и время экспозиции подбирается опытным путем в зависимости от мощности источника света, чувствительности фотоматериала и прозрачности модели. Соответствующим подбором времени выдержки и проявления можно изменять в широких пределах толщину и четкость изохроматических линий.

Изоклины можно получить либо непосредственной зарисовкой на экране полярископа, либо зарисовкой по негативам. При использовании белого источника света на фоне цветных изохром черные изоклины лучше различимы. Для получения изоклин можно также изготовить вторую модель из материала с малой оптической чувствительностью (например, из оргстекла). Для уточнения местоположения изоклин в процессе регистрации можно несколько изменить нагрузку, поскольку в этом случае изоклины остаются неподвижными, а изохромы перемещаются. Другим способом является плавное колебание плоскости поляризации около данного положения. Фотографирование изоклины обычно ведется с большими передержками, тогда на черном фоне негатива изоклина будет выглядеть достаточно тонкой белой линией.

При зарисовке картины изоклин рекомендуется сначала зарисовать контур модели и нанести оси симметрии. Затем определить точки выхода изоклин на свободный контур, наметить по картине изоклин изотропные и простые точки, зарисовать последовательно изоклины от 0 до 45º с шагом 5 или 10º.