Теневой оптический метод каустик – метод исследований напряжений и деформаций, страница 20

Рис. 9.53. Серия фотографий теневых картин для образца с двумя трещинами (фотографировались действительные изображения при просвечивании образца из аралдита В).

9.6. Заключение

В настоящей главе были описаны основные положения теневого метода каустик. Рассмотрены физические принципы метода, математическое описание процесса формирования теневых изображений, дан вывод уравнений каустик. Обсуждена практическая реализация метода в лаборатории, а также проиллюстрировано применение метода к решению ряда практических задач было показано, метод каустик основан на отклонении лучей света из-за градиентов напряжений. Поэтому этот метод очень хорошо подходит для исследования любых задач с большими градиентами напряжений и деформаций (т. е. задач концентрации напряжений около отверстий, вырезов, трещин, зон контакта). Показаны теневые картины для типовых примеров. Обработка получаемых теневых картин достаточно проста и нетрудоемка. В общем измеряется только один характерный размер каустики, по которому определяется параметр нагружения.

Рис. 9.54. Зависимость от времени коэффициентов интенсивности напряжений для образца с двумя трещинами при динамической нагрузке.

Большинство экспериментальных методов определения напряжений основаны на эффектах, которые прямо пропорциональны напряжениям или деформациям. Специфические достоинства и недостатки теневого метода каустик, определяемые особенностями используемых в этом методе зависимостей от напряжений, становятся очевидными при сравнении теневых картин и картин фотоупругости, полученных для одного и того же полл напряжений вблизи кончика трещины (рис. 9.55). Теневое пятно является непосредственной мерой интенсивности напряжений вблизи кончика трещины. Картина полос фотоупругости более сложна, чем теневая картина из-за большого количества изохромных полос. Таким образом, оценка концентрации напряжений по картине пзо-хром является более сложной задачей. В частности, в непосредственной близости от кончика трещины четкость полос снижается, что затрудняет обработку картины полос и снижает точность получаемых результатов. Кроме того, данные о напряжениях непосредственно вблизи кончика трещины могут быть получены только экстраполяцией данных, измеренных на некотором удалении от кончика. Теневая картина лишена такого недостатка. Простота и четкость теневой картины объясняются тем, что распределения напряжений при их малых изменениях на картине не видны. Однако это вызывает и некоторые ограничения метода. Распределения напряжений на некотором удалении от концентратора напряжений (например,

около кончика трещины на рис. 9.55) не влияют на те- Рис. 9.55. Сравнение теневой карти-невые эффекты из-за малой ны (а) и картины изохром (б) вб.-ш-величины градиентов напря- зн кончика трещины, жений и поэтому их нельзя исследовать. Картина полос фотоупругости, однако, дает точную информацию, в честности, в зоне, удаленной от кончика трещины. Теневой метод каустик и метод фотоупругости не следует рассматривать поэтому как конкурирующие экспериментальные методы, которые могут использоваться одинаково эффективно для получения одних и тех же данных. В зависимости от изучаемой характеристики и типа решаемой задачи надо выбирать тот или другой метод. Оба метода имеют свою наиболее эффективную область применения и дополняют друг друга.