Технические науки

Механика

Лисицына Е.А.

Днепропетровский национальный университет

Исследование напряженного состояния подкрепленного кольца поляризационно-оптическим методом

Поляризационно-оптический метод – это экспериментальный метод определения напряжений в телах из оптически чувствительных материалов, основанный на поляризации света и явлении искусственного двойного лучепреломления в некоторых прозрачных материалах. Искусственное двойное лучепреломление – это свойство первоначально изотропных материалов приобретать под действием нагрузки оптическую анизотропию. Степень анизотропии зависит от величины напряжений и деформаций в исследуемых моделях. Поэтому, определяя степень анизотропии (конкретно метод определяет разницу в скорости распространения двух световых лучей в материале), можно составить представление о напряженно-деформированном состоянии моделили.

В работе исследовалось напряженно-деформированное состояние кольца, закрепленного на оси. Кольцо из оптически чувствительного материала (эпоксидной смолы) было насажено на кольцо втрое большей толщины, изготовленного из органического стекла. Жесткость внутреннего кольца много больше, чем у кольца из оптически чувствительного материала. Эксперимент проводился на поляризационно-оптической установке ППУ-7. Конструкция помещалась в нагрузочном устройстве установки, обеспечивающем условие равномерного перемещения, и была подвергнута сжатию в вертикальном направлении.

При исследовании в белом свете, поляризованном по кругу, на экране установки наблюдаются картины цветных полос – изохром. Полосы возникают в точках приложения нагрузки и расходятся по направлению в ненагруженной части наружного контура. Таким образом, при радиальном нагружении подкрепленного кольца, источниками полос являются точки приложения сил Р. Полосой нулевого порядка является наружный контур кольца. На рисунке 1 представлена картина изохром при нагрузке в 2500 ньютон. Цена полосы определяется экспериментально и равна 2,88 МПа. Изохромы соединяют точки, имеющие одинаковую разность главных напряжений.

При исследовании в плоско поляризованном свете на цветное изображение модели накладываются темные линии, называемые изоклинами. Изоклины соединяют точки с одинаковыми направлениями главных напряжений. Поле изоклин характеризует направление главных напряжений в точках модели.

Имея величину разности главных напряжений и зная их направление, можно получить все компоненты напряжений в модели. При этом использовался метод разности касательных напряжений [1]. На рисунках 2, 3, 4 представлены картины распределения напряжений , , (в МПа) в подкрепленном кольце.

Рис. 1 – Картина изохром Рис. 2 – Линии уровня

напряжений

Рис. 3 – Линии уровня Рис. 2 – Линии уровня

напряжений напряжений

Данный метод позволяет выполнять множественные измерения с достаточно высокой точностью и, благодаря своей наглядности и относительной простоте, может широко применяться, особенно в сочетании с ЭВМ.

Литература:

Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений: Справочное пособие / Под ред. Б. С. Касаткина. − Киев: Наук. думка, 1981. − 574 с.