Badanie elastooptyczne.docx

Cel ćwiczenia :

Ćwiczenie  przeprowadza siew celu zapoznania się z elastooptyczną metodą badań modelowych, poznanie budowy polaryskopu elastooptycznego.

W części praktycznej przeprowadza się badanie elastooptyczne próbek wykonanych z plexi w celu obserwacji naprężeń podczas ich rozciągania i ściągania.

1.    Wstęp teoretyczny

Elastooptyka stanowi grupę metod optycznych służących do doświadczalnego wyznaczania stanu naprężeń i odkształcenia. Badania elastooptyczne wykorzystują obserwację światła przechodzącego przez ośrodek przezroczysty posiadający właściwości dwójłomności wymuszonej. Metoda ta jest stosowana powszechnie do badania modeli konstrukcji płaskich. Aby możliwe było odniesienie wyników badania modelowego do rzeczywistości spełnione muszą zostać warunki podobieństwa modelowego. Jednak w wielu wypadkach rozkład naprężeń nie zależy od stałych materiałowych a wyniki eksperymentalne można zastosować do każdego innego materiału izotropowego. Stąd wynikają wybitne walory dydaktyczne elastooptyki, umożliwiającej wizualizację naprężeń oraz łatwą weryfikację założeń i wyników teoretycznych. Dlatego, mimo ogromnego rozwoju metod obliczeniowych w mechanice, elastooptyka stanowi nieodzowną część składową ćwiczeń laboratoryjnych z wytrzymałości materiałów.

Badania elastooptyczne opierają się na zjawisku anizotropii pewnych ciał znajdujących się pod obciążeniem. Są to metody doświadczalne do badań stanu naprężeń i odkształceń w ciałach bezpostaciowych, normalnie izotropowych (m.in.  szkliwo, polimery, celuloid) wykazujących pod obciążeniem właściwości anizotropowe, przejawiają się tzw. dwójłomnością optyczną.

Pod wpływem naprężeń materiały te nabierają cech optycznych kryształu jednoosiowego o osi optycznej, skierowanej równolegle do kierunku rozciągania lub ściągania i przy oświetleniu światłem spolaryzowanym, w wyniku zjawiska dwójłomności następuje rozszczepienie światła na dwie składowe i pojawienie się prążków interferencyjnych, tworzących dwa charakterystyczne rodzaje linii: izokliny, izochromy .Na ich podstawie możliwe jest wyznaczenie naprężeń w ciele.

Elastooptykę stosuje się głównie do badań naprężeń w częściach maszyn o skomplikowanych kształtach. Polega to na wykonaniu modeli takich części z materiałów o właściwościach elastooptycznych i podaje obciążenia analogicznych do rzeczywistych.

2.         Stanowisko do badań

Na stanowisko składają się:

-  polaryskop mogący pracować jako polaryzator liniowy albo po obrocie ćwierćfalówek o 45 °C (zegarowo) – jako polaryzator kołowy

-  rama obciążeniowa, wsuwana na płozach pomiędzy filtry, do obciążenia modeli mocowanych na sworzniach

-  dodatkowa ramka do obciążenia belki zginaniem prostym

-  filtr monochromatyczny o wąskim paśmie przenoszenia

-  modele elastooptyczne: tarczy rozciąganej, tarczy z otworem, tarczy z obustronnym karbem, pręta zakrzywionego oraz koło i pierścień z zamrożonym (utrwalonym) stanem naprężenia.

3.    Przebieg ćwiczenia

Badaniu podane zostały próbki wykonane z plexi- polimetakrylanu metylu PMMA o następującym kształcie z charakterystycznymi podcięciami.

Podcięte wyoblenia służą obserwacji zjawiska spiętrzania naprężeń .Próbki w dwóch badaniach podano rozciąganiu i ściąganiu. Efekt uwieczniono na dołączonych zdjęciach.

Charakterystyka prążków izochromatycznych dla próbek plexi

4.    Wnioski

Badania elastooptyczne są bardzo „poglądowe”. W łatwy sposób można zaobserwować rozkład naprężeń w badanych elementach. Trudnością przy praktycznym zastosowaniu jest konieczność wykonania modeli części maszyn z tworzyw o właściwościach elastooptycznych tych, które zamierzamy zbadać. Utrudnieniem jest również stworzenie obciążeń modelu zbliżonych do obciążeń jakim podany jest element rzeczywistej konstrukcji. Z tego względu badania elastooptyczne są metodami przestarzałymi. Obecnie, przy zastosowaniu metod numerycznych(różnorakich również met. Elementów skończonych)uzyskamy taki sam, jak nie lepszy efekt ”poglądowy” , łatwy do uwieczniania i zdecydowanie łatwiejszy do opracowania obliczeń. Metody  numeryczne są tańsze, dokładniejsze i umożliwiają zastosowanie obciążeń przybliżonych do rzeczywistych, jak również obciążeń zmiennych.

3