Разработка накладного интерферометра с адаптивной базой для исследования деформаций твердых тел

• Автор: Захаров, Олег Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 119 с. : ил.

со со

Содержание
Введение
1 Основы когерентно-оптических методов измерения перемещений точек поверхности деформируемых тел
1.1 Метод двух экспозиций голографической интерферометрии
1.2 Метод интерферометрии в диффузном свете
1.2.1 Основы принципа интерференции в диффузном свете
1.2.2 Интерферометр Берча
1.3 Методы классической интерферометрии
Выводы
2 Адаптивный голографический интерферометр с управляемым фазовым сдвигом
2.1 Физическая модель интерферометра
2.2 Алгоритм расшифровки интерферограмм
2.3 Тестовый пример расшифровки интерферограмм
Выводы
3 Метрологическое обеспечение
3.1 Чувствительность метода
.2 Диапазон измерения перемещений
.3 Теория метода определения погрешности измерений
Выводы
4 Примеры исследований
4.1 Исследование деформированного состояния цилиндрической оболочки
4.2 Исследование деформированного состояния тонкой прямоугольной пластины, закрепленной с одного края
4.3 Исследование деформированного состояния мембраны
Выводы
Заключение
Приложение А
Приложение Б
Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ
На современном этапе развития науки и техники при расчете прочности, ресурса и работоспособности любой конструкции основное внимание уделяется рассмотрению ее напряженно-деформированного состояния (НДС). Напряжения в исследуемых телах определяются в настоящее время косвенным способом на основе нахождения перемещений точек поверхности данных тел. По этой причине измерение перемещений точек поверхности деформируемых тел является основным звеном при анализе НДС конструкций. Для измерения перемещений существуют методы классической и голографической интерферометрии, спекл-интерферометрии, спекл-фотографии, фотоупругости, муара, проекции полос. Данные методы отображены в работах /1-13/.
Анализ существующих работ по применению оптических методов для нахождения перемещений при деформации тел показал, что при расшифровке интерферограмм возникали трудности в определении порядка интерференционной полосы и ее положение в пространстве; было затруднено нахождение аналитического выражения для функции распределения порядка интерференционных полос по пространству интерферограммы; в полной мере не было разработано математическое обеспечение для нахождения перемещения по пространственному распределению фаз.
При рассмотрении метрологического обеспечения существующих оптических методов по измерению деформационных перемещений выявлено, что они обладают недостаточным порогом чувствительности, в них не в полной мере рассмотрены вопросы о диапазоне измеряемых величин, точности измерений. Сдерживающим фактором применения данных методов в промышленности явились нерешенные вопросы, связанные с выделением малых перемещений на фоне больших перемещений объекта как целого тела, влияния вибраций на элементы экспериментальных установок.
Дальнейшее совершенствование данных методов в направлении разрешения недостаточно исследованных вопросов в области расшифровки интерферограмм, метрологическом и техническом обеспечении привело к созданию новых методов. Наиболее важными из них являются: метод высокочувствительной голографи-
ческой интерферометрии; метод муаровых полос; контактная

спекл-интерферометрия, высокочувствительный метод панорамной голографической интерферометрии, метод панорамной спекл-ин-терферометрии. Основы этих методов наиболее полно освещены в работах /14-58/. Кратко рассмотрим основы выше перечисленных методов и возникающие при этом проблемы в их применении для нахождения деформационных перемещений.
Методы голографической интерферометрии. Голографический способ регистрации и восстановления волновых фронтов позволил произвести сравнение этих волновых фронтов, отраженных предметом в разные моменты времени /2/. В основу метода положена регистрация на голограмме волновых фронтов, отраженных от деформированного объекта и последующего их восстановления. Результатом сравнения являются интерференционные полосы, в которых в неявном виде закодирована информация о пространственно-временных распределениях физических параметров исследуемого объекта. Анализ работ по данным методам показал:
- не исключено полностью влияние вибраций на стабильность элементов голографической схемы;
- при смещении голограммы относительно лазерного источника света возникает неучтенный фазовый набег;
- не исключен вклад в фазовый набег перемещений точек поверхности, нормальных к поверхности деформируемого объекта;
- существенно ограничен диапазон измеряемых перемещений точек поверхности и форм поверхностей исследуемых объектов;
- возникают технологические трудности на стадии изготовления элементов голографических схем и их эксплуатации;
- невозможность одновременно измерять перемещения точек поверхности деформируемого тела и определять геометрическую форму этого тела в реальном масштабе времени;
- в контактных методах не устранено влияние голограмм на прогиб тонкостенных конструкций типа пластин и оболочек;
- при решении вибрационных и динамических задач с помощью контактных методов невозможно не считаться с массой закрепляемых фотопластин.
Методы спекл-фотографии (СФ) и спекл-интерферометрии (СИ). Методы СФ и СИ основаны на регистрации интерференцион-

Рисунок 15 - График соответствия точек поверхности фотопленки и апертуры объектива, при 1 = 1,3 мм.
Рисунок 16 - График соответствия точек поверхности фотопленки и апертуры объектива, при 1 = 1,8 мм.