LABORATORIUM Z TECHNOLOGII MATERIAŁÓW I KONSTRUKCJI OKRĘTOWYCH
Określenie Wielkości Współczynnika karbu αk dla Złącza Teowego
Data laboratorium: 10.01.2012r.

Cel ćwiczenia:
Omówienie podstawowych reguł i metod powierzchniowych (elastooptycznej) do analizy naprężeń i odkształceń w celu zdefiniowania α_k oraz obliczenie współczynnika karbu dla danego obciążenia P i maksymalnego rzędu izochromy m_max

Zastosowanie metody elastooptycznej:
Zastosowanie metody elastooptycznej jest możliwe w badaniach obiektów

rzeczywistych wykonanych z materiałów nie wykazujących efektu dwójłomności

wymuszonej.
Technika pomiaru, polegająca na naniesieniu na powierzchnię badanego obiektu cienkiej warstwy materiału dwójłomnego (tzw. elastooptycznej warstwy powierzchniowej), a następnie obserwacji w świetle odbitym efektów optycznych wywołanych odkształceniami badanej powierzchni, nosi nazwę techniki (metody) elastooptycznej warstwy powierzchniowej (TEWP). Zaletą TEWP jest możliwość pomiaru odkształceń na powierzchni obiektu wykonanego z rodzimego materiału (bez konieczności budowy modelu fizycznego).

Reguły i metody powierzchniowe do analizy naprężeń i odkształceń.
Zdefiniowanie α_k

Przyrząd do pomiarów to polaryskop. Polaryskopem liniowym nazywamy układ optyczny, składający się ze źródła światła, polaryzatora oraz analizatora, którego oś optyczna jest prostopadła do osi optycznej polaryzatora. W wyniku tego światło, spolaryzowane liniowo po przejściu przez polaryzator, zostanie całkowicie wygaszone przez analizator. Sytuacja nie ulegnie zmianie, jeżeli między polaryzator i analizator wstawimy nieobciążony model. Jeśli jednak model obciążymy, to wskutek zachodzącej dwójłomności wymuszonej powstanie względne przesunięcie składowych drgań. W efekcie część światła zostanie przepuszczona przez analizator- uzyskujemy obrazy izochrom oraz izoklin.

a)Izokliny: Izokliny obserwowane są w świetle liniowo spolaryzowanym. Określają miejsca o stałych kierunkach głównych naprężeń które, generalnie, zmieniają się od punktu do punktu. Kierunki naprężeń głównych pokrywają się dokładnie z kierunkami osi polaryzatora i analizatora.
· izokliny zmieniają swoje położenie wraz z obrotem analizatora sprzęgniętego z

polaryzatorem,

· w trakcie obciążania (przy proporcjonalnych przyrostach naprężeń) izokliny nie

zmieniają swojego położenia,

· kierunki naprężeń głównych w punkcie pokrywają się z osiami polaryzatora i

analizatora,

· położenie izoklin w badanym obszarze można określić kreśląc ich obraz dla

obrotów co 15°,

· przez punkty izotropowe, gdzie oba naprężenia główne są takie same i rząd

izochromy jest zerowy, przechodzą wszystkie izokliny,

· rysunek izoklin powinien odpowiadać najciemniejszej części prążka a linie

powinny być poprawione i wygładzone,

· na podstawie rysunku izoklin (i ich definicji) można skonstruować trajektorie

naprężeń głównych.

b)Izochromy: Układ izochrom pojawiający się na powierzchni modelu obserwowanego w świetle spolaryzowanym kołowo, może być traktowany i przedstawiany jako mapa konturowa różnicy naprężeń głównych.

· w trakcie obciążania izochromy pojawiają się najpierw w punktach o

największych naprężeniach, najczęściej na brzegu ciała,

· przy rosnącym obciążeniu powstają izochromy wyższego rzędu a te wcześniej

powstałe przesuwają się w kierunku obszarów o mniejszych naprężeniach,

· nie przecinają się ani nie łączą z innymi,

· nie zmieniają się przy obrocie polaryzatora sprzężonego z analizatorem,

· lokalnie ograniczony obszar ciasno zgrupowanych pętli oznacza występowanie

koncentracji naprężeń (duże gradienty naprężenia),

· pojedynczy, jednorodny kolor na dużej powierzchni wskazuje na stały poziom

naprężenia,

c)Dwójłomność wymuszona: to cecha którą charakteryzują sie materiały zmieniające własności pod wpływem obciążania. Takimi materiałami są np. żywice epoksydowe- gdy nie są obciążone wykazują własności izotropowe(właściwości nie zależą od kierunku badań), natomiast po przyłożeniu obciążenia stają się anizotropowe(wyniki badań zależą od kierunku).Dwójłomność związana jest z polem odkształcenia.

d) Metoda „ostrza” – używana do określenia znaku naprężeń głównych. Polega na lokalnym przykładaniu prostopadle do krawędzi modelu – równomiernie na jej grubości – dodatkowego obciążenia ( naprężenia ściskającego ) i równoczesnym obserwowaniu zachowania się izochrom wokół miejsca przyłożenia tego obciążenia. Obciążenie przykłada się stępionego ostrza. – stąd nazwa procedury. W przypadku gdy naprężenie główne ma znak ujemny po przyłożeniu dodatkowego naprężenia ściskającego zauważymy „wessanie” pola izochrom. Rząd izochrom maleje

Gdy naprężenia główne mają znak dodatni, przyłożenie dodatkowego naprężenia ściskającego spowoduje rozepchnięcie pola izochrom. Rząd izochrom rośnie.