Фотоупругость: Анализ напряжений с помощью света

Введение

Фотоупругость- ценный экспериментальный метод, используемый в технике и материаловедении для измерения и визуализации распределения напряжений в прозрачных материалах. Используя явление двулучепреломления, фотоупругость обеспечивает неразрушающие средства для анализа реакции материалов при различных условиях нагружения.

Основные принципы

Двулучепреломление

Двулучепреломление - это оптическое свойство материала, при котором показатель преломления зависит от поляризации и направления распространения света. Когда прозрачный материал подвергается напряжению, он демонстрирует двулучепреломление, пропорциональное приложенному напряжению, что позволяет визуализировать картину напряжений.

Двулучепреломление, вызванное напряжением

В фотоупругости, когда материал подвергается напряжению, внутренние деформации вызывают двулучепреломление. При пропускании поляризованного света через материал изменения поляризации, вызванные напряжением, можно наблюдать в виде разноцветных узоров, называемых бахромой, которые соотносятся с распределением напряжения.

Методы измерения

Подготовка модели

Точный фотоупругий анализ начинается с создания модели исследуемой структуры. Модель должна быть изготовлена из фотоупругого материала, как правило, эпоксидной смолы или поликарбоната, обеспечивающих однородные оптические свойства.

Источник света и поляризаторы

Источник когерентного света используется в сочетании с поляризаторами. Первый поляризатор, называемый поляризатором, выравнивает поляризацию света перед тем, как он попадает в напряженную модель. После прохождения через модель второй поляризатор, анализатор, ориентирован на обнаружение изменений поляризации из-за двулучепреломления.

Фотоупругий анализ напряжений

Фотоупругий анализ напряжений предполагает интерпретацию бахромчатых картин, полученных в ходе фотоупругих экспериментов. Каждая бахрома соответствует определенному уровню напряжения, что позволяет инженерам количественно определять и оценивать целостность материалов и конструкций под нагрузкой.

Области применения

Фотоупругость широко используется в различных областях, включая машиностроение, аэрокосмическую промышленность, гражданское строительство и материаловедение, для оценки таких компонентов, как балки, валы и сложные узлы, подвергающиеся эксплуатационным нагрузкам.

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, обратитесь к Stanford Advanced Materials (SAM).

Часто задаваемые вопросы

Для чего используется фотоупругость?

Фотоупругость используется для измерения и визуализации распределения напряжений в материалах, помогая в структурном анализе и оптимизации конструкции.

Как двулучепреломление связано с напряжением?

Двулучепреломление в материалах увеличивается пропорционально приложенному напряжению, что позволяет визуализировать картину напряжений с помощью поляризованного света.

Какие материалы подходят для фотоупругого анализа?

Обычно используются прозрачные материалы, такие как эпоксидные смолы и поликарбонат, благодаря их однородным оптическим свойствам.

Может ли фотоупругость дать количественные данные?

Да, при правильной калибровке фотоупругость может обеспечить количественные измерения величины напряжения с помощью бахромчатого анализа.

Какое оборудование необходимо для фотоупругого анализа напряжений?

Для фотоупругого анализа напряжений необходимы источник поляризованного света, фотоупругая модель, поляризаторы, а также камера или датчик для регистрации бахромы.