LABOLATORIUM MECHANIKI DOŚWIADCZALNEJ
METODA „CAUSTICS”
Data: 20.03.1997	Kubicki Tomasz gr.21

W metodzie „caustics” wykorzystywane jest zjawisko zmian własności optycznych ciała pod wpływem wywołanych w nim naprężeń, zmianie następuje też grubość tego ciała (na skutek efektu Poisson'a). W próbce, oświetlonej wiązką światła równoległego, na skutek koncentracji naprężeń wokół wierzchołka szczeliny, zbliżając się w kierunku wierzchołka, grubość próbki maleje, a załamanie zwiększa się. Tak więc promień świetlny przechodzący przez próbkę bliżej wierzchołka szczeliny ulega większemu ugięciu na zewnątrz od wierzchołka szczeliny.Konsekwencją czego jest pojawienie się na ekranie, w odległości z₀ od próbki, ciemnej powierzchni otoczonej przez obraz silnej koncentracji światła. Schemat stanowiska do przeprowadzania badań metodą „caustics” wygląda następująco:

źródło światła (laser),

Beam-Expander, dający równoległą wiązkę światła o średnicy 30 mm,

ekran,

ława optyczna,

badana próbka z PMMA,

obciążenie próbki (rozciągające).

Badaniom poddaliśmy próbkę o grubości d = 5,7mm . Wykonaną z tworzywa izotropowego.

Przebieg próby:

-mocujemy próbkę na przygotowanej ramie,

-obciążamy badaną próbkę pewnym ciężarem (nie przekraczającym wartości maksymalnej przenoszonej przez daną próbkę) i notujemy go,

-przepuszczamy przez badaną próbkę wiązkę światła,

-dokonujemy pomiaru średnicy krzywej „caustics”, na ekranie

mierzymy odległość pomiędzy próbką a ekranem.

W czasie doświadczenia zmieniamy trzykrotnie obciążenie badanej próbki, mierząc średnicę krzywej w trzech odległościach (dowolnych) próbki od ekranu.

Wyniki otrzymane podczas doświadczenia zawiera poniższa tabela.

lp.	masa obciąż.	pomiar 1		pomiar 2		pomiar 3
	w [kg]	zo [m]	D [mm]	zo [m]	D [mm]	zo [m]	D [mm]
1	3,495	1,9	6,4	2,2	6,85	2,5	7,4
2	5,435	1,6	6,95	2,0	7,9	2,5	8,6
3	7,405	1,5	7,7	2,0	9,0	2,5	9,6

Obliczam współczynnik intensywności naprężeń K₁ dla każdej serii pomiarów korzystając ze wzoru:

z₀ - odległość ekranu od próbki,

c - cieniowa stała optyczna [ m²/N],

(c = -1,08 10 ^-10) ,

d - grubość próbki [m] (d = 0,0057 m.),

D - średnica krzywej „caustics” [m],

Wyniki obliczeń współczynnika intensywności doświadczalnego i teoretycznego zestawione są w poniższej tabeli:

lp	Siła (obciąż.) [N]	Wartość doświadczalna K1 [ MPa ]						Wartości teoretyczne K1	Błąd [%]
		pomiar 1	pomiar 2		pomiar 3		wart. śred.	[MPa ]
1	34.285	0.2615		0.2677	0.2857	0.2716		0.1713	10.03
2	53.317	0.3816		0.4206	0.41607	0.40609		0.2664	13.94
3	72.643	0.526		0.5826	0.5477	0.5521		0.363	18.91

Błędy (różnice) w wartościach współczynnika intensywności naprężeń otrzymanych doświadczalnie i drogą teoretyczną spowodowane są: nierównoległością wiązki, niedokładnym pomiarem odległości pomiędzy próbką a ekranem (dokładność do 1 cm) oraz dość nieprecyzyjnym pomiarem „średnicy” krzywej „caustics” na ekranie. Wartość K₁ zależy od geometrii próbki oraz siły obciążającej. Przeprowadzone doświadczenie pozwala na określenie K₁ dla materiałów poddawanych sile rozciągającej. Próbka była wykonana z materiału izotropowego.

---