Теневой оптический метод каустик – метод исследований напряжений и деформаций, страница 13

ко симметрия получаемых картин для эталона позволяет тем не менее произвести достаточно точную обработку. Для установок с масштабным коэффициентом тФ\ размер каустики, найденный сравнением с эталоном, следует скорректировать, поскольку каустика образуется в плоскости регистрации, а эталон расположен в плоскости объекта. Следовательно, действительный размер каустики получается умножением на соответствующий масштабный коэффициент т.

Применение метода каустик для анализа динамических процессов требует регистрации изменяющихся во времени теневых картин с помощью высокоскоростных камер. На рис. 9.31 показаны оптические схемы экспериментальных установок с ис-

пользованием высокоскоростной 24-вспышечной камеры Кран--Да — Шардина для регистрации теневых картин при просвечивании или отражении. В основном система Кранца — Шардина состоит из фотографического устройства, включающего 24 отдельные камеры с оптическими осями, направленными на объект. Свет для освещения объекта создается 24 лампами-вспышками, которые объединены в единый комплекс. Свет, создаваемый отдельной вспышкой, фокусируется на объектив отдельной камеры с помощью линзы или зеркала, которое используется;

в схеме па рис. 9.31. Вспышки включаются электронным устройством через определенные промежутки времени (минимум через 1 икс). Для простоты только два из 24 пучков света показаны на рис. 9.31. Общий вид экспериментальной установки приведен на рис. 9.32.

Материалы моделей и изготовление образцов

Оптическое качество образцов для исследований с помощью теневых картин должно удовлетворять достаточно высоким требованиям. В частности, необходимо следить за тем, чтобы

Рис. 9.31. Схема высокоскоростной 24-вспышечной камеры Кранца — Шардина при просвечивании (а) и отражении (б)

образцы для просвечивания были изготовлены из материалов без отклонений плотности и толщины. С другой стороны, образцы, используемые в отражательных устройствах, должны иметь оптически плоскую поверхность со стороны освещения. Если не все эти условия выполнены, могут возникнуть искажения теневых картин, приводящие к ошибкам в результатах измерений.

Рис. 9.32. Общий вид высокоскоростной 24-вспышечной камеры Кранца — Шардина.

Для изготовления моделей применяются прозрачные материалы (табл. 9.1). Среди них нолиметилметакрилат (ПММА) имеет высокую теневую константу с, практически оптически изотропен (Х~0) и поэтому дает единственную каустику. Однако этот материал проявляет заметную вязкоупругость, так что при действии изменяющихся во времени нагрузок необходимо -учитывать релаксацию напряженгй. Например, теневые карти-

ны, полученные на образцах из ПММА, исчезают не мгновенно после снятия нагрузки. В зависимости от времени, в течение которого действовала нагрузка, теневая картина исчезает в течение разных промежутков времени, достигающих нескольких минут. Материалы гомалит 100 и СК-39 также имеют высокую теневую чувствительность и сравнительно небольшую анизотропию (т. е. двойные каустики видны лишь в оптических установках с высокой разрешающей способностью). Подобно ПММА, материал СК-39 обладает заметной вязкоупругостью. Гомалит 100 проявляет значительно меньшую вязкоупругость. Хороший объект для исследований с использованием теневых картин— эпоксидный материал аралдит В. Он обладает высокой теневой оптической чувствительностью при незначительной вязкоупругости. Это материал с высокой оптической анизотропией, и на образцах из него четко видны двойные каустики (см. следующий раздел).

^ В отражательных установках теневая оптическая чувствительность регулируется деформацией поверхности и создаваемой нагрузкой и зависит, таким образом, от упругих характеристик материала (модуля упругости Е и коэффициента Пуассона v). Деформация задней поверхности образца и изменения его плотности (приводящие к изменениям показателя преломления прозрачных материалов) не влияют на теневую картину, образованную при отражении. Поэтому отражательные установки в основном менее чувствительны, чем просвечивающие, в которых играют роль все рассмотренные выше эффекты. Передняя поверхность образца должна быть оптически плоской и отражающей, по крайней мере, в локальной зоне, где образуется каустика. Для стальных образцов наилучшие результаты получаются при последовательной обработке передней поверхности образца шлифованием, притиркой и полированием.