elastooptyka me

6.2. Elastooptyka jako metoda badawcza Elastooptyka jest metodą badawczą, za pomocą ktorej wyznaczyć możemy wartości i kierunki naprężeń głownych w badanym elemencie. Wykorzystuje ona światło, ktore jest falą elektromagnetyczną. Do badań elastooptycznych wykorzystujemy światło spolaryzowane liniowo oraz kołowo. Elastooptyka wykorzystuje zjawisko dwojłomności wymuszonej jak i światła spolaryzowanego. Światło spolaryzowane pada na element obciążony układem sił czynnych P1 i P2 oraz reakcjami R1 i R2. Wszystkie te siły działają na jednej płaszczyźnie obciążenia, a każdym punkcie tego elementu panuje płaski stan naprężenia. Światło to po przejściu przez obciążony element rozdziela się na dwa promienie: zwyczajny reprezentowany przez wektor światła E1 i nadzwyczajny reprezentowany przez wektor światła E2. Oba te promienie drgają w płaszczyźnie naprężeń głownych i są przesunięte względem siebie. Przy badaniu elastooptycznym stosujemy specjalny układ optyczny, ktory pozwala uzyskać dwa rodzaje linii: • izochromy - zbior punktow, w ktorych rożnica naprężeń głownych jest stała • izokliny - zbior punktow, w ktorych kąt nachylenia naprężeń głownych jest stały. Izochromy są opisywane więc za pomocą rownania σ1−σ2=m K , gdzie m jest tak zwanym rzędem izochromy, a K jest stałą elastooptyczną. Rząd izochromy m jest liczbą naturalną od 1 do liczby wynikającej z panującego w punkcie stanu naprężenia. Stała elastooptyczna K jest z kolei wielkością charakterystyczną dla materiału, z ktorego wykonany jest badany element. Izokliny są opisywane za pomocą kąta, ktory nazywamy parametrem izokliny. Jest on rowny kątowi nachylenia jednego z naprężeń głownych. Kąt ten mierzymy od kierunku poziomego. Do pomiaru izochrom korzysta się ze monochromatycznego światła żołtego, a do pomiaru izoklin korzysta się ze światła białego. Polaryzator oraz analizator służą do otrzymania światła spolaryzowanego liniowo o określonym kącie nachylenia wektora światła. Ćwierćfalówki służą to otrzymania światła spolaryzowanego kołowo. Wykorzystujemy je tylko do pomiaru izochrom. Powodują one, że w trakcie tego badania widoczne są tylko izochromy, a izokliny ulegają wygaszeniu. Niestety przy pomiarze izoklin należy ćwierćfalowki usunąć. Na analizatorze pojawiają się wtedy także izochromy. Model ten wykonany jest z żywicy epoksydowej, ktory to materiał wykazuje zjawisko dwojłomności wymuszonej. 6.5. Analiza wyników W wyniku badania elastooptycznego należy wykonać wykresy zmienności rzędu izochromy i parametru izokliny na wysokości przekroju prostokątnego. Odbywa się to na podstawie analizy zdjęć. W pierwszej kolejności należy określić rząd izochromy na krawędziach dolnej md i gornej mg, następnie możemy wyznaczyć wartości naprężeń normalnych na tych krawędziach. na krawędzi dolnej σ2=md K , a na krawędzi gornej σ1=mg K . Do obliczeń należy przyjąć stałą elastooptyczną K=1,21MPa .

W drugiej kolejności musimy określić rząd izochromy oraz parametr izokliny w kilku punktach na wysokości przekroju prostokątnego. Wartość naprężenia stycznego w tych punktach wyznacza się z zależności τ XZ=m K 2 sin 2 α , gdzie a jest parametrem izokliny. Wartości otrzymane doświadczalnie należy na koniec porownać z wartościami obliczonymi teoretycznie. 6.5. Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego W ćwiczeniu laboratoryjnym ”Badanie belki zginanej i ścinanej z wykorzystaniem elastooptyki” należy wykonać następujące kroki: • zmierzyć wymiary przekroju prostokątnego belki • wyznaczyć wartość siły P obciążającej belkę • umieścić model w maszynie (dokonuje tego prowadzący ćwiczenie laboratoryjne) • włączyć monochromatyczne światło żołte i wstawić ćwierćfalowki (dokonuje tego prowadzący ćwiczenie laboratoryjne) • wykonać zdjęcie przebiegu izochrom na modelu (dokonuje tego prowadzący ćwiczenie laboratoryjne) • zmienić światło na białe oraz usunąć ćwierćfalowki (dokonuje tego prowadzący ćwiczenie laboratoryjne) • wykonać zdjęcia izochrom na modelu (dokonuje tego prowadzący ćwiczenie laboratoryjne).