Метод оптически чувствительных покрытий и моделей основан на использовании в качестве датчиков напряжений и деформаций оптически активных веществ. Это материалы с особыми оптико-механическими свойствами (эпоксидные смолы, органическое стекло, полимеры), которые под воздействием механических напряжений (деформаций) приобретают способность разлагать луч падающего на них поляризованного света на два луча, разность хода которых пропорциональна величине приложенного напряжения. Иначе этот метод называется поляризационно-оптическим методом исследования напряжений, методом фотоупругости. Результаты интерференции поляризованного света позволяют количественно исследовать поле напряжений в различных точках детали или модели, используя уравнение Вертгейма:
D = C×d(s1 - s2), (3.9.5)
где D - оптическая разность хода лучей, С - оптическая постоянная фотоупругого материала или относительный оптический коэффициент напряжений, d - толщина просвечиваемой пластины, s1 и s2 - главные
напряжения.
Измерения осуществляются с помощью плоских полярископов "на просвет" или "на отражение" (рис.3.9.3,а,б). При просвечивании монохроматическим светом в точках интерференционного изображения, в которых D = ml (m - целое число, порядок полосы), наблюдается гашение
 |
-
максимальная освещенность (рис.3.9.3,в). Определение величины D
независимым путем представляет отдельную задачу при точных измерениях полей
невысокой интенсивности и в случае низкой оптической постоянной С материала.
Как правило, для этого используются специальные устройства - клиновые
компенсаторы. Разработаны методы динамической фотоупругости, которыми
исследуется распространение упругих и ударных волн в твердых телах. Благодаря
своей высокой экспрессности, поляризационно-оптический метод определения напряжений
нашел широкое применение в производстве изделий из стекла.
Рис.3.9.3. Схема
просвечивающего (а) и отражательного(б) круговых полярископов для определения
механических напряжений: S -источник монохроматического или белого света, Р и А
- поляризатор и анализатор, 
- компенсирующие
четвертьволновые пластины, Э(Ф) - экран или фотопленка, регистрирующие картину
(в) распределения напряжений (так выглядит картина напряжений в пластине,
содержащей отверстие или инородное включение и подвергнутой одноосному
растяжению); О - образец или изделие, П - фотоупругое покрытие - датчик напряжений
Стекла любого химического состава в отожженном, ненапряженном состоянии не обладают оптической активностью и помещение их в поле скрещенного полярископа (см. рис. 3.9.3,а), при котором интенсивность выходящего из анализатора света равна 0, не приводит к просветлению поля.
Механические напряжения любого происхождения - термического, вследствие наличия неоднородностей химического состава (свилей), макродефектов (трещин, пор, инородных включений) - приводят к просветлению, по интенсивности которого можно сделать вывод о степени их опасности и вести разбраковку изделий.
Органически присущий фотоупругому методу недостаток - возможность непосредственного определения напряжений лишь в оптически прозрачных телах, моделях; при использовании наклеиваемых фотоупругих датчиков с уверенностью можно говорить о напряжениях только в районе его наклейки. Существуют методические трудности, связанные с определением деформаций, с полной расшифровкой интерференционной картины. Точность метода в ряде случаев оказывается недостаточной.
Высокая точность измерения деформации непрозрачных и прозрачных тел может быть достигнута применением голографической интерферометрии. Сравнение деформированного тела с его голограммой, полученной в недеформированном состоянии, позволяет обнаружить отклонение размеров в 1/8 l (400...800Å). Аналогичным путем по идеальной голограмме со специально изготовленного эталонного изделия, или голограмме, полученной с помощью ЭВМ, можно вести контроль геометрических параметров серийных изделий.
Г о л о г р а ф и я, или способ полной записи информации о теле, основана на полной регистрации интерференционной картины, которая образована волной, отраженной предметом, освещаемым источником света (предметная волна), и когерентной с ней волной, идущей непосредственно от источника света (опорная волна; рис. 3.9.4,а). Зарегистрированная интерференционная картина называется голограммой.
При восстановлении изображения голограмма, освещенная опорной волной, преобразует скрытое в ней изображение в то, которое освещалось предметной войной. Через фотопластинку - голограмму наблюдатель увидит мнимое изображение исследуемого предмета (рис. 3.9.4,б). Разработаны методы получения одноцветных и многоцветных голограмм с использованием лазерных источников излучения. Восстановление голограмм может осуществляться как при освещении тем же лазерным источником, так и (в случае так называемых объемных голограмм) при освещении лучами Солнца или обычными лампами накаливания.
Интерференционная картина возникает, если обследуемый предмет совместить с его (или эталона) голографическим изображением.
Основное требование голографии – когерентность опорного и информационного пучков – реализуется в последнее время и в тонких пленках, что позволяет получать высокозащищенные от подделок товарные знаки, украшения, рекламу и т.п.
 |
Рис. 3.9.4. Схема получения голограмм (а) и восстановления изображения (б): S - источник света, З - зеркало, О - наблюдаемый объект, Ф (г) - фотопластинка-голограмма
Накопление поврежденности структуры как естественный этап эволюции всякого конструкционного или строительного материала требует установления контроля над динамикой этого процесса. Цель такого контроля - прогнозирование поведения изделия, детали или конструкции, с целью своевременного установления предельной возможности его применения, сроков его ремонта и замены.
Надежным методом, позволяющим получать, накапливать и анализировать информацию о динамике повреждаемости материалов, является регистрация акустической эмиссии, сопровождающей пластическую деформацию и разрушение. Современная наиболее чувствительная акустоэмиссионная аппаратура позволяет идентифицировать и отделять от шумов сигналы с энергией порядка 10-16 Дж. Энергетические параметры деформационных процессов характеризуются следующими цифрами: 10-23 Дж требуется на движение одной дислокации в объеме и ~ 5×10-18 Дж - для выхода дислокации на поверхность. Обе эти величины заметно ниже порога чувствительности регистрирующей аппаратуры. Следовательно, регистрируется деформация материалов при локальных и средних напряжениях, близких к пределу текучести, когда происходит движение групп дислокаций в полосах скольжения и при зарождении и росте двойниковых прослоек.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.