Laboratorium Wytrzymałości materiałów |
Imię i nazwisko: Dasiewicz Piotr
Rok, grupa: trzeci, 302M |
||
Numer i temat ćwiczenia: 3. Elastooptyka - wyznaczanie elastooptycznej stałej modelowej i współczynnika koncentracji odkształcenia w karbie.
|
Data wykonania
25.10.2010 |
Przygotowanie |
Sprawozdanie |
|
|
Sprawdzian |
Ocena: |
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest wyznaczanie elastooptycznej stałej modelowej
i współczynnika koncentracji odkształcenia w karbie.
Teoria
Dwójłomność wymuszona - po zdeformowaniu w materiale kryształki (ich osie optyczne) są zorientowane zgodnie z kierunkami głównymi odkształcenia
Naświetlając spolaryzowanym promieniem w miejsce odkształcenia zobaczymy, że ten promień ulega rozszczepieniu na 2 płasko spolaryzowane promienie drgające w płaszczyznach wyznaczonych przez kierunki odkształceń ε1 i ε2.
δ- przesunięcie w fazie tych promieni
Zależność pomiędzy odkształceniem a linowym przesunięciem fazowym
m - rząd izochromy (warstwice izochrom)
Jeśli jest znany m to możemy określić różnicę odkształceń lub naprężeń.
Polaryzacja światła - uporządkowanie jego drgań
Metoda elastooptyczna pozwala obserwować i rejestrować wielkości charakteryzujące stan odkształcenia w konstrukcji
Idea metody:
-wykonanie konstrukcji z materiału przezroczystego o specjalnych właściwościach optycznych
-konstrukcja jest mieszana w polaryskopie (można zobaczyć izokliny i izochromy) i obciążana oraz prześwietlana
Budowa polaryskopu
Składa się z filtrów polaryzacyjnych: P (bliższy światła - polaryzator) A (dalszy - analizator)
- przepuszczają prostopadłe składowe drgań do osi filtru
Powstawanie prążków - powstawaniem ciemnych punktów/lini w badanym prześwietlanym modelu
Izokliny - miejsca punktów o jednakowych kierunkach głównych odkształcenia, określana jest wartością kąta fi (parametr izokliny)
Izochromy - miejsca punktów w których różnice odkształceń mają jednakową wartość
Manipulując wzorem x będziemy widzieć stałą izoklinę a zmieniać a zmieniać się będą izochromy.
Aby otrzymać izochromy stosujemy polaryskop do badań w świetle spolaryzowanym kołowo.
Ustawienie układu filtrów polaryskopu polega na określaniu położenia współrzędnych p1 i p2 - równolegle do osi obu skrzyżowanych filtrów.
W badaniach elastooptycznych często ograniczamy się do wyznaczenia rozkładów odkształcenia/naprężenia wzdłuż brzegów oraz do ocen pola izochrom i izoklin.
Interpretacja obrazu izochrom:
- izochromy w obszarze centralnym są prawie równoległe
-izochroma=0 na osi zginania
-odstępstwa od normy występują w punkcie przyłożenia
-wraz z oddalaniem się od tych punktów zaburzenia znikają (zasada Saint Venanta)
Metoda ostrza - używana do określenia znaku naprężeń głównych. Polega na lokalnym przykładaniu prostopadle do krawędzi modelu - równomiernie na jej grubości - dodatkowego obciążenia ( naprężenia ściskającego ) i równoczesnym obserwowaniu zachowania się izochrom wokół miejsca przyłożenia tego obciążenia. Obciążenie przykłada się stępionego ostrza. - stąd nazwa procedury. W przypadku gdy naprężenie główne ma znak ujemny po przyłożeniu dodatkowego naprężenia ściskającego zauważymy „wessanie” pola izochrom. Rząd izochrom maleje. Gdy naprężenia główne mają znak dodatni, przyłożenie dodatkowego naprężenia ściskającego spowoduje rozepchnięcie pola izochrom. Rząd izochrom rośnie.
Wymiary badanego elementu:
a = 15mm b = 4mm h = 15mm
Przyłożone obciążenie:
Siła 2P = 230N
Wzory obliczeniowe:
σ1 = m∙Cσ
, gdzie:
P- siła obciążająca , g- grubość płytki, h- wysokość płytki
Ramie siły , m- rząd izochromy ,x-odległość izochromy
Tabele pomiarowe
Rząd izochromy [mi] |
Współrzędna izochromy (x2) |
Elastooptyczna stała
modelowa |
Średnia elastooptyczna stała modelowa |
|
[mm] |
[MPa] |
[MPa] |
1 |
2 |
3,067 |
3,365 |
2 |
4,5 |
3,45 |
|
3 |
7 |
3,578 |
|
Wnioski
Po przeanalizowaniu doświadczenia polegającego na wyznaczeniu rozkładu zarówno izochrom jak i izoklin możemy stwierdzić że rozkład naprężeń w części środkowej jest równomierny i możliwy w łatwy sposób do odczytania. W obszarze gdzie przykładaliśmy siłę naprężenia były duże, liczba rzędów izochrom była stanowczo większa niż w części środkowej. Elastooptyczna stała modelowa zmniejsza się wraz ze wzrostem rzędu izochromy `m'. W naszym ćwiczeniu próbkę obciążaliśmy punktowo, co wywołało spore naprężenia w tym obszarze, można więc stwierdzić że takie przyłożenie siły jest mało korzystne.