В процессе эксперимента на одной фотопластине последовательно регистрируются две интерференционные картины (голограммы), полученные для двух последовательных мало отличающихся состояний детали в процессе ее деформирования. Совмещение двух голограмм дает изображение, на котором появляются характерные темные полосы -линии равных перемещений. Точки, лежащие на одной полосе, имеют перемещения по сравнению с точками, лежащими на соседней полосе, равные половине длины световой волны (в простейшем случае).

Метод фотоупругости основан на свойстве некоторых прозрачных материалов (стекла, целлулоида, смолы, пластмассы) изменять оптические свойства в зависимости от действующих в них механических напряжений. В этом методе обычно используется эффект двойного лучепреломления: плоскополяризованный луч при попадании на прозрачную плоскую модель исследуемой конструкции может быть разложен на две взаимно перпендикулярные составляющие, параллельные направлениям действия главных напряжений. Эти две составляющие после прохождения через однородный изотропный напряженный материал снова могут быть совмещены. Когда в модели действуют механические напряжения, скорости прохождения составляющих этой волны в плоскости главных напряжений и а 2 будут соответственно пропорциональны этим напряжениям, вследствие чего две взаимно перпендикулярные составляющие будут отличаться по фазе. Сведенные анализатором компоненты лучей могут интерферировать.

Линейная разность фаз по Вертгейксу

5 = 2nhC{Gi -С2)/Х,

где h - толщина пластины; С - постоянная, характеризующая индивидуальные оптические свойства используемого оптически активного материала; X - длина световой волны.

Если на входе в пластинку компоненты луча имели одинаковую частоту и отсутствовал сдвиг по фазе, то на выходе из пластины появляется сдвиг по фазе 6 и компоненты луча могут бьпъ представлены в виде

x --=а cosa cos ц/; у =asma cos(y - 5),

где х,у - оси, совпадающие с направлением действия главных напряжений ai,a2; ci -амплитуда волны; а - угол между плоскостью поляризации луча поляризатором и направлением ; \]f = (ot + С ; 0) = 2п/Х - частота колебаний; / - время.

Если поставить на пути луча, состоящего из этих двух взаимно перпендикулярных компонент, анализатор, плоскость поляризации которого ориентирована перпендикулярно к плоскости поляризации поляризатора, то после прохождения через него лучей

= X sin а Оа sin 2а cos Ц/; у = -у cos(-a) = -Оа sin 2а cos(n/ - 5).

Суммирование этих компонент, расположенных в одной плоскости, дает

5 = х+Уа = 0,5а sin 2a[cosv/ -

- cos(v/ - б) =-а sin 2а sin 0,56 х X sin(v/ - 0,56).

Множитель а представляет собой амплитуду колебаний исходного светового луча. Следовательно, чем ярче исходящий луч, тем четче картина на экране. Множитель sin 2а зависит от угла а . При значениях а = О и а = ж/2 он равен нулю, т.е. на экране будет

темньгй участок. Эти участки образуют два взаимно ортогональных семейства кривых (изоклины), указывающих на точки, в которых направления главных напряжений совпадают с направлением плоскости поляризации. По полям изоклин, поворачивая постоянно скрещенные под углом 90** поляризатор и анализатор, делая пометки на экране, можно получить поля траекторий главных напряжений. Следовательно, по изоклинам можно определить направления действия главных напряжений в любой точке модели.

Множитель sin 0,56 зависит от разности

6 хода лучей, которая в соответствии с законом Вертгейма зависит от длины волны и разности напряжений aj - а2 . Каждый цвет полосы изохром на экране соответствует длине световой волны X. При монохроматическом свете останется одноцветное семейство линий. По изрхромам можно рассчитать величину

- а2 . Линии будут темными в том случае, когда sin 0,56 = О либо 6 = 2пк (где

Д: = 0,1,2,..:). При к = 0 независимо от длины волны X света полосы черные и не зависят от угла а . При к = 1,2,... каждая изохрома соответствует напряженноксу состоянию, отличающемуся на величину

1 ~ 2 = CX/h от предьщущего. При монохроматическом свете и одинаковой толщине модели, изготовленной из материала, характе-

ризуемого оптической константой С, точки, лежащие на смежных полосах, отличаются одинаковыми значениями - а2 .

Проведя специальную тарировку на из-габаемом либо на растягаваемом образце, определяется разность aj - а2 для смежных

полос. Таким образом, удается определить поле наибольших касательных и, при определенном пересчете, поле главных нормальных напряжений. Если поставить дополнительно две прозрачные пластины в четверть волны

5 = 90° 1, ориентированные под углом 45° к

оси главных напряжений (одну перед моделью, другую - после), то на экране полностью исчезнут изоклины и останутся только изо-хромы. Такая методика позволяет упростить процесс исследования.

Метод фотоупругости позволяет наглядно и просто определять поля распределений напряжений в телах сложной формы, в том числе в зонах концентрации напряжений. Однако исследование приходится проводить не на реальном, а на модельном материале, который отражает действительные свойства материалов только в упругой области. Для изучения закономерностей пластического деформирования покрытие из оптически активного материала наносится на реальную деталь, например, на вращающийся диск. Используя стробоскопические эффекты и исследуя напряжения покрытий, можно оценить деформированное состояние реальной детали.

Для изучения упругих напряжений в объеме используется много различных приемов, например замораживание , при котором используется оптически активный материал, имеющий двухфазную структуру. При нагреве до 373 К одна фаза размягчается и не

принимает участия в сопротивлении деформированию, а другая под воздействием нагрузки деформируется. Затем нагруженную деталь охлаждают ( замораживают ). Размягченная фаза становится твердой и сохраняет состояние твердой деформированной фазы. Объемную модель разрезают на плоские пластинки, которые изучают с помощью обычных методов фотоупругости.

Известны методы погружения модели детали в сосуд с плоскопараллельными стенками и заполненный жидкостью с тем же коэффициентом преломления света, что и материал модели.

11.1.2. СРЕДСТВА для ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ НА ПРОЧНОСТЬ

Современное состояние и тенденции развития средств измерительной техники характеризуются максимальной автоматизацией процессов измерения и обработки результатов экспериментальных исследований. Средствами измерений являются датчики, преобразующие измеряемый параметр в электрический сигнал, автоматические аналоговые регистраторы, цифровые приборы и устройства отображения информации, цифровые информаццонно-измерительные системы и измерительно-вьгшслительные комплексы, средства вычислительной техники, в первую очередь, микропроцессоры и микро-ЭВМ.

Тензорезисторы. Чувствительный элемент тензорезистора является пассивньп преобразователем, в связи с чем для потгучения от него электрического сигнала, пропорционального измеряемой деформации, используют чаще всего электрические мостовые и потенциомет-рические схемы преобразования (табл. 11.1.1).

11.1 Л. Основные виды измерительных цепей тензорезисторов

Схема измерения

Выходное напряжение при заданном

и = const

/ = const

Мостовая:

2RoJ

или и= 0,5IARq при Ro=R,

Rl = R2 = R = R

Продолжение табл. 1LL1

Схема измерения

Выходное напряжение при заданном

и = const

/ = const

U=1AR

Компараторная:

=IAR Bq = Rf = R

= IKAR

Ki = K2 = К, Rq = Rk =В

Условия, при которых могут использоваться тензорезисторы, приведены ниже.

Максимальная деформация, м/м, не более.............. 15 10-

Вибропрочность - достижимое число циклов нагружения N при заданной максимальной амплитуде переменной деформации s , м/м:

5-10-4.................................... ЛГ> 109

1-10-3.................................... ЛГ> 108

2-10-3----............................... ЛГ> 107

3-10-3.................................... N>10

Динамика..................................... О до 50 тсГц и вьппе, ударные волны до 500 кГц

Ускорение, м/с, не более......................... 1,6 10

Температура, К................................. 4 до 1200

Давление окружающей среды, МПа.................. До 10

Магнитная индукция, Тл, не более................... 8

Ядерное (радиоактивное) излучение................. Длительность зависит от характера

излучения, дозы и типа датчика