Развитие и применение метода рассеянного света для исследования трехмерных задач фотоупругости

• Автор: Тихомиров, В. М.
• Шифр специальности: 05.23.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1995
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 152 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .

I. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ОБЪЕМНЫХ

ФОТОУПРУГИХ МОДЕЛЕЙ

1.1. Способы определения характеристических параметров фотоупругих моделей.

1.1 Л. Характеристические параметры

1Л.2. Классификация способов определения характеристических параметров .

1Л.3. Новые компенсационные способы определения характеристических параметров.

1.2. Переход от характеристических параметров к напряженному состоянию модели

1.2Л. Оптикомеханический закон .

1.2.2. Новые оптикомеханические зависимости .

1.2.3. Сравнение различных уравнений
1.2.4. Пределы применимости закона Вертгейма.
1.3. Установка рассеянного света
1.3.1. Реализация компенсационного метода определения характеристических параметров .
1.3.2. Аппаратурное решение при исследованиях
методом полос
1.4. Выводы
. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ РАЗДЕЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ
КОМПОНЕНТОВ ТЕНЗОРА НАПРЯЖЕНИЙ.
2Л. Проблема разделения напряжений в трехмерной
фотоупругости.
2.2. Совместное использование методов рассеянного света
и интегральной фотоупругости.
2.2.1. Исследование осесимметричной задачи .
2.2.2. Экспериментальное решение задачи Ляме .
2.3. Применение голографической интерферометрии и метода рассеянного света для трехмерных задач
2.3.1. Разделение напряжений в плоскости симметрии объемной модели
2.3.2. Исследование куба, сжатого цилиндрическими штампами .
2.4.Выводы
III. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА РАССЕЯННОГО СВЕТА ДЛЯ
ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАДАЧ МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ
3.1. Анализ напряженного состояния у вершины
трещины поляризационнооптическим методом
3.2. Определение КИН К1 нормальный отрыв.
3.2.1. Методика проведения эксперимента
3.2.2. Исследование тестовых задач .
3.2.3. Определение КИН в сложных элементах
конструкций.
3.3. Определение КИН Кщ продольный сдвиг
3.3.1. Методика определения КИН Кщ
3.3.2. Проверка точности метода
3.4. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


КИН К1 было проведено исследование напряженного состояния железнодорожного рельса с продольной трещиной в головке. Это позволило провести расчет остаточного ресурса рельса с подобным дефектом. Все прозрачные материалы, одни в большей степени другие в меньшей, в результате механических деформаций приобретают оптические свойства, присущие двупреломляющим'кристаллам, иными словами становятся оптически анизотропными. Образцы, элементы конструкции, их модели, а также другие объекты поляризационно-оптических исследований, изготовленные из таких материалов называют фотоупругими. Слой фотоупругой модели от точки входа луча света до произвольной точки рассеяния - точки, наблюдаемой на волновой нормали в рассеянном свете, практически описывается тремя величинами - характеристическими параметрами /2 /. Оптическая анизотропия слоя интегрально описывается двумя парами взаимно ортогональных характеристических направлений, первичными и вторичными, и характеристической разностью фаз. Характеристические направления из всех возможных выделяются особым свойством: электро-магнитная волна света, линейно поляризованная в плоскости первичного характеристического направления на входе в модель также линейно поляризован а в точке рассеяния вдоль вторичного направления. Компоненты светового вектора, разложенного по вторичным характеристическим направлениям, приобретают характеристическую разность фаз. Эти свойства позволяют определить характеристические параметры для любого слоя фотоупругой модели по измерениям интенсивности рассеянного света (ИРС). Существующие способы определения характеристических величин отличаются большим разнообразием. В этом плане необходимо выделить две принципиальные схемы исследований по методу рассеянного света: I - классическая схема Веллера /5/ (рис. II - схема Робера -Гиеме // (рис. По первой схеме анализируется изменение состояния поляризации основного пучка света вдоль волновой нормали. При этом анализ основывается на характере индикатриссы рассеяния. Вторая схема использует анализ состояния поляризации рассеянного света при просвечивании модели первоначально неполяризованным светом. Также как самостоятельную можно отметить схему ’’оптического среза” (рис. Desaily и Lazard //, Hyng и Durelli //. Метод основан на выделении в объемно-напряженной модели двумя параллельными плоскостями поляризованного света изолированного тонкого слоя. По наложению двух интерференционных картин можно судить о распределении оптической анизотропии в плоскости рассматриваемого слоя. Из-за сложности интерпретации фиксируемой картины данная схема практически не используется. Применение с середины -х годов в качестве источников поляризованного света газовых лазеров предопределило интенсивное развитие методов, использующих схему Веллера. Хотя большинство предложенных способов определения характеристических параметров с соответствующей корректировкой можно применить и по схеме Робера, например, как это сделал в своей работе Gross-Peterson //. РИС. IЛ. При использовании модуляции света измеряются амплитуды и фазы переменной составляющей ИРС. Для определения характеристических параметров по экспериментальным данным воспользуемся зависимостью ИРС от состояния поляризации основного пучка света. I - *С1 - (Й*V)] , (1. К и 7 - единичные вектора, отображающие на сфере Пуанкаре направление наблюдения и состояние поляризации света,соответственно, (рис. Состояние поляризации основного пучка света непосредственно связано с начальным состоянием поляризации, которое задается на входе в модель ( вектор Ус на рис. V = И Ус , (1. V и Уо - вектор-столбцы, компоненты которых соответствуют координатам конца вектора на сфере Пуанкаре. Матрица Мюллера М, которая входит в это выражение, описывает преобразование поляризованного света фотоупругим слоем модели, а ее компоненты непосредственно связаны с характеристическими величинами этого слоя /2/. Следовательно, решение системы линейных уравнений,составленных на основе (1. Мюллера, дают полную информацию об оптических параметрах.