Технічні науки

Механіка

Лисицина О.А.

Дніпропетровський національний університет

Дослідження напружено-деформованого стану деталі складної форми за допомогою метода фотопружності

При проектуванні конструкцій складної форми доволі часто використовують методи моделювання. Це обумовлено тим, що, незважаючи на застосування ЕОМ, через складність граничних умов, форм і навантажувальних факторів не завжди можна адекватно оцінити напружено-деформований стан конструкцій розрахунково-теоретичними методами. При цьому моделювання не противопоставляється розрахунку – обидва ці засоби є взаємно-доповнюючими. Дослідження проводяться на моделях, що мають якісь особливі властивості, які дозволяють отримувати потрібні результати. Потім ці результати поширюються на деталі і явища, подібні дослідженому. Основна задача моделювання при проведенні досліджень методом фотопружності полягає у виявлені й встановлені зон подібності в закономірностях розподілу полів напружень й деформацій у полімерних й конструкційних матеріалах. Постановка модельних експериментів (вибір оптично чутливого матеріалу з необхідними фізики-механічними властивостями, реалізація силової подібності, моделювання граничних умов тощо) визначається законами подібності й аналізу розмірності. У цьому органічний зв’язок теорії подібності з поляризаційно-оптичним методом.

Поляризаційно-оптичний метод – це експериментальний метод визначення напружень у тілах з оптично чутливих матеріалів, що базується на поляризації світла і явищі штучної подвійної променезаломлюваності в деяких прозорих матеріалах. Штучна подвійна променезаломлюваність – це властивість первинно ізотропних матеріалів надовбувати під дією навантаження оптичну анізотропію. Ступінь анізотропії залежить від величини напружень і деформацій у досліджуваних моделях. Тому, визначаючи ступінь анізотропії, можна скласти уявлення про напружено-деформований стан моделі.

У роботі досліджувався напружено-деформований стан частки кільця. Кільце було виготовлено з оптично чутливого матеріалу – епоксидної смоли. Експеримент проводився на поляризаційно-оптичній установці ППУ-5.

При дослідженні в білому світлі, поляризованому по колу, на екрані установки спостерігаються картини кольорових смуг –ізохром. Ізохроми об'єднують точки, що мають однакову різницю головних напружень. Смуги виникають у місцях прикладання навантаження і розходяться у напрямку ненавантаженій частині зовнішнього контуру. Таким чином, джерелами смуг є точки прикладання сил. На малюнку 1 представлена картина ізохром при навантаженні в 2000 ньютона. Ціна смуги визначається експериментально і дорівнює 2,5 Мпа.

При дослідженні в плоско поляризованому світлі на кольорове зображення моделі накладаються темні лінії – ізокліни. Ізокліни об'єднують точки з однаковими напрямками головних напружень. Маючи величину різниці головних напружень і знаючи їхній напрямок, можна одержати усі компоненти напружень у моделі.

За допомогою методики розшифровки, оптичних картин для деталей із круговими отворами [1], були одержані всі компоненти напружень у моделі. На малюнках 2, 3, 4 представлені картини розподілу напружень , , (у МПа).

Полярізаційно-оптичний метод дозволяє виконувати множинні виміри з високою точністю і, завдяки своїй наочності і відносній простоті, може широко застосовуватися, особливо в сполученні з ЕОМ.

Література:

1. Лисицына Е.А. Экспериментальные исследования напряженного состояния деталей с отверстиями методом фотоупругости / Е.А. Лисицына // Materialy VI Mezinarodni vedecko-practika conference «Vedecky prumysl evropskeho kontinentu – 2010». – Praha: Education and Science. – 2010. – C. 32-34.

Рис. 1 – Ізохроми Рис. 2 – Лінії рівня

напружень

Рис. 3 – Лінії рівня Рис. 4 – Лінії рівня

напружень напружень