Metoda Fotoelasticnosti

МЕТОДА ФОТОЕЛАСТИЧНОСТИ ТЕОРИЈСКЕ ОСНОВЕ Фото-еластична метода испитивања заснива се на таласној теорији светлости. Код фотоеластичне методе користи се својство неких оптички изотропних материјала да под оптерећењем, односно деформацијом постају оптички анизотропни. Оптичка анизотропија је појава код неких материјала да имају различите оптичке особине у различитим правцима. Код оптичке изотропије ове особине су једнаке у свим правцима. Следећи појам везан за ову методу испитивања је поларизована светлост. Сваки реалан извор светлости емитују таласе чије равни осцилације имају произвољан правац у простору и такву светлост зовемо неполаризована светлост. То графички можемо приказати на следећи начин :

Поларизовани таласи су они трансверзални таласи чије се осциловање одвија у једној равни дуж правца кретања тих таласа и графички га приказујемо: Поларизација светлости представља процес превођења неполаризованог таласа у поларизован талас. Природна светлост може се поларизовати на више начина: а) проласком светлости кроз поларизатор, б) рефлексијом, в) двојним преламањем, г)„селективном" апсорпцијом а) Пролазак светлости кроз поларизатор Таласи светлости од извора мењају своје фазе и правце осциловања до равни поларизације ( П ) са вертикалним уским прорезом. Прорез је ограничио осциловање светлости само у вертикалној равни и такав талас назива се линеарно поларизован талас. Раван ( П ) назива се раван поларизације, а прорез се назива поларизатор (сл. 3.19).

Ако се иза равни поларизације постави паралелно друга раван са истим прорезом, тај други прорез назива се анализатор ( А ) (сл. 3.20 а). Када су прорези паралелни, талас се поларизује у поларизатору а кроз анализатор пролази без икаквих промена. Ако се анализатор заокреће, настаје процес гашења таласног кретања до његовог потпуног нестанка када је угао између поларизатора и анализатора 90°(сл. 3.20 б) .

Улогу поларизатора ( Р ) могу да преузму и плочице неких природних кристала, као што је турмалин. Постоје и вештачки поларизатори и називају се полароиди. б) Поларизацију светлости можемо добити и рефлексијом од углачаних површина. Упадни зрак који пада на углачану површину под углом αB, једним делом се прелама а другим делом се рефлектује. Одбијени и преломљени зраци су делимично поларизовани а њихове равни поларизације су међусобно нормалне слика 3.21.

Сл.3.21.

в) Многи кристали имају особину да се светлост при проласку кроз њих раздваја на два таласа: редован – понаша се у складу са законом преламања нередован – не понаша се у складу са законом преламања светлости Ова појава назива се двојно преламање, а посебно је изражена код калцита. Оба ова таласа су поларизована, при чему су им равни поларизације међусобно нормални. Предмети посматрани кроз овакав кристал изгледају дуплирани

г) Следећи начин поларизације светлости односи се на добијање поларизованих зракова када светлосни зраци пролазе кроз тзв. дихроичне кристале. Дихроични кристали имају својство да поларизују светлост при проласку кроз њих и да истовремено апсорбују редовне а пропусте нередовне зраке (сл. 3.24).

ОПИС УРЕЂАЈА ЗА ОПТИЧКУ АНАЛИЗУ НАПОНА На слици 3.25 приказана је шема апаратуре за оптичку анализу напона са линеарним поларископом.

Њени саставни делови су: L - кутија са лампом чија је предња страна затворена тамном стакленом плочом S, Ρ - поларизатор, провидна плоча која треба да поларизује светлост, A - анализатор, који

може да буде исти као и Р, само је на страни посматрача, Μ - модел, објекат чије се напонско стање испитује. Ρ и A се могу окретати око својих oca и подешавати преко угаоних подела означених на ободима. Они се могу транслаторно померати. Ако су оптичке осе Ρ и Α паралелне, имамо светло поље на A, а ако су укрштене, имамо тамно поље на А.

Ha слици 3.26 приказана je шема апаратуре за оптичку анализу напона са кружним (циркуларним) поларископом. Ова апаратура је слична претходној. Разлика je у постављању две четвртталасне плоче (V). Четврт-таласне плоче (V) су направљене од материјала који има особину да линеарно поларизовану светлост пропушта у две међусобно управне равни са закашњењем од φ0 = π/2, што одговара дужинском померању од δ = λ/4. Комбинацијом оптичких oca Ρ и A као и положаја oca четвртталасних плоча, могућа су четири какрактеристична случаја:

Ри A 1. 2. 3. 4.

укрштене укрштене паралелне паралелне

четвртталасне плоче укрштене паралелне паралелне укрштене

поље анализатора тамно светло тамно светло

ВРСТЕ ФОТОЕЛАСТИЧНИХ МАТЕРИЈАЛА И ЊИХОВА СВОЈСТВА За фотоеластична испитивања праве се модели од различитих материјала, који су по геометрији слични реалној машинској конструкцији, односно њеном испитиваном делу. За добијање што тачнијих резултата материјал за израду модела треба да задовољи више захтева како би био употребљив за фотоеластична испитивања. Најважнији затеви за избор материјала су следећи: * да је провидан, * да поседује особину двоструког преламања светлости при деформацији, * да буде изузетно оптички осетљив, односно да је фотоеластична константа S што мања, * да има што већи модул еластичности и јачину на кидање, * да код материјала постоји линеарна зависност између напона, деформација и реда изохрома, * да је изотропан у неоптерећеном стању, * да буде напонски растерећен, * да поседује особину трајности оптичких ефеката и да не показује свој-ства механичког или оптичког пузања, * да се може лако обрадити и да поседује што мању склоност ка појави заосталих напона на ивицама модела насталих у процесу обраде, * да је неосетљив на мале промене температуре. * У табели 3.4 дате су неке карактеристике најчешће употребљаваних материјала. **

Табела 3.4. - Неке карактеристике најчешће упошребљаваних материјала

Модул Материјал еластичн

Gdoz

Фотоеласт Максималан ична ред

Аралдит Β „CIBAA.G. " Швајцарск а Аралдит D „CIBAA.G. " Швајцарск а VP-1527 Dynamit Nobel Troisdorf Плексиглас Rohm & Haas GmbH, Darmstadt

ости Ε MPa

MPa

константа S kN/m

3400

40

10,6

изохроме no јединици дебљине модела h max 38

2600

40

13,8

29

4000

20

27

9

3200

20

235

0,9

Аралдит Β и аралдит D су епоксидне смоле које производи „С1ВА A.G." -Швајцарска. Од аралдита се праве плоче различитих дебљина, растерећене од заосталих напона и могу се користити за испитивање или за израду модела. Имају велики модул еластичности, малу фотоеластичну константу, велики дозвољен напон и оптички су осетљиви. VP-1527 je вештачка смола на бази незасићеног полиестера. И њене карактеристике су дате у табели 3.4. Плексиглас има велики модул еластичности и велику фотоеластичну константу. Пошто је оптички доста неосетљив, слика изохрома је слаба. Постоје и други материјали за израду модела са различитим карактеристикама, нпр.: минерално стакло, целулоид, желатин, декорит, тролон и др. При изради модела из плоча (машинском или ручном обрадом) посто-ји могућност уношења преднапона у материјал. Због тога се прописује посе-бан режим обраде модела како би се избегли преднапони (напони преоста-ли после обраде). Најчешће се ови модели израђују ручном обрадом или механичком са малим брзинама и малим кораком, уз употребу средстава за хлађење. У неким случајевима модели се лију (нпр., код сложенијих облика), а затим се термички обрађују ради напонског растерећења.