LABORATORIUM Z MECHANIKI DOŚWIADCZALNEJ	Piotr Więckowski grupa 22
TEMAT: Wyznaczanie współczynnika intensywności naprężeń KI.	DATA: 07.03.1996	OCENA:

Celem ćwiczenia jest doświadczalne wyznaczenie współczynnika intensywności naprężeń w wierzchołku szczeliny przy pierwszym sposobie obciążenia i porównanie tej wartości z wartością wyznaczoną teoretycznie.

Do doświadczenia użyto próbkę z materiału PMMA (nr 4) z wykonaną szczeliną. Przeprowadzono po trzy pomiary średnicy D krzywej Caustics dla trzech różnych obciążeń przy trzech różnych odległościach próbki od ekranu. Źródłem światła był laser LHN-15.

Schemat stanowiska do pomiaru współczynnika intensywności naprężeń metodą Caustics.

1 - laser LHN-15;

2 - beam - expander o powiększeniu 20x, który daje na wyjściu quasi -        równoległą wiąkę światła o średnicy 30 mm;

3 - próbka wykonana z PMMA;

4 - ekran;

5 - ława optyczna;

6 - pdtrzymka;

Schemat ukłądu obciążającego z pomiarem siły.

a = 25.66 [mm]

W = 49.65 [mm]

t = 5.7 [mm]

Wyniki pomiarów.

Lp.	masa obciążająca	pomiar 1		pomiar 2		pomiar 3
	m [kg]	zo [m]	D [m]	zo [m]	D [m]	zo [m]	D [m]
1	5.4	1	0.0059	1	0.0064	1	0.0068
2	7.37	1.3	0.0071	1.3	0.0073	1.3	0.0088
3	9.328	1.6	0.0082	1.6	0.009	1.6	0.0101

Lp.	siła	wartość doświadczalna KI []				wartość teoretyczna	błąd %
	P [N]	pomiar 1	pomiar 2	pomiar 3	średnia	KI []
1	52.974	0.4057	0.3824	0.3616	0.3832	0.4508	14.99
2	72.3	0.6445	0.5314	0.6889	0.6216	0.6152	1.03
3	91.51	0.9238	0.8968	0.9772	0.9326	0.7809	16.27

Wartości teoretyczne współczynnika intensywności naprężeń są liczone ze wzoru:

gdzie:

P - siła obciążająca;

t - grubość próbki;

W - odległość działania siły P od brzegu próbki;

f_I - współczynnik zależny od stosunku a/W=a;

Wartości doświadczalne współczynnika intensywności naprężeń są liczone ze wzoru:

gdzie:

D_0,i - zewnętrzny max. wymiar krzywej caustics;

f_0,i - współczynnik numeryczny zależny od współczynnika anizotropii λ (dla          materiału PMMA f_0,i = 3.17);

c - stała opisująca zmianę optycznej długości drogi w zależności od stosowanego       materiału i sposobu obciążenia;

Wnioski.

Współczynnik intensywności naprężeń w wierzchołku szczeliny jest ważnym parametrem umożliwiającym projektowanie konstrukcji. Parametry wytrzymałościowe takie jak granica sprężystości, granica plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie nie uwzględniają istnienia w materiale wad, np. szczelin co zmusza do stosowania współczynników bezpieczeństwa, które powoduje zwiększenie wymiarów konstrukcji. Współczynnik intensywności naprężeń określa zachowanie się materiału w miejscu wierzchołka szczeliny, które to miejsce jest szczególnie narażone na zniszczenie.

Wartości współczynnika intensywności naprężeń wyznaczone praktycznie różnią się od wartości otrzymanych teoretycznie. Różnica ta wynika z istnienia pewnych błędów doświadczalnych. Podstawowym błędem jest niedokładny pomiar średnicy krzywej caustics, gdyż krzywa ta nie jest wyraźną linią lecz jej brzegi są rozmyte co utrudniało pomiar. Istotny wpływ na pomiar średnicy miała odległość próbki od ekranu, gdyż wraz ze wzrostem odległości brzegi krzywej stawały się coraz bardziej niewyraźne uniemożliwiając dokładne przeprowadzenie pomiaru. Istotny błąd wprowadzała sama metoda pomiaru, gdyż nie gwarantowała ona pomiaru średnicy krzywej w odpowiednich punktach. Pewne znaczenie mogło również mieć to, że badana próbka była już wcześniej obciążana, co mogło spowodować pewne trwałe jej odkształcenie i wpłynąć na obraz krzywej caustics.

---