3702673115

XII KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2010

OCENA POZIOMU NAPRĘŻEŃ NA POWIERZCHNI BADANEGO ELEMENTU METODĄ ELASTOOPTYCZNĄ

OCENA POZIOMU NAPRĘŻEŃ NA POWIERZCHNI BADANEGO ELEMENTU METODĄ ELASTOOPTYCZNĄ

Wacław STACHURSKI¹ Maria MAJ²

1.    Elastooptyczna warstwa wierzchnia

Metoda elastooptyczna polega na doświadczalnym wyznaczaniu naprężeń w modelu konstrukcji, wykonanym z materiału przeźroczystego, izotropowego charakteryzującego się dwójłomnością wymuszoną. Dwójłomność występująca w kryształach wynika z właściwości ośrodka optycznie anizotropowego i może także w pewnych warunkach wystąpić w materiałach optycznie izotropowych jak np. szkło, celuloid, żywice epoksydowe i in., pod wpływem obciążenia (stad nazwa dwójłomność wymuszona). Własność ta zanika po usunięciu obciążenia, a efekt elastooptyczny jest proporcjonalny do różnicy naprężeń głównych, bądź odkształceń głównych

Metoda warstwy wierzchniej zezwala na badanie stanu odkształceń i naprężeń na powierzchni badanego elementu lub fragmentu konstrukcji. Na powierzchni takiego elementu przymocowuje się cienką powłokę - warstwę elastooptyczną za pomocą kleju z dodatkiem płatkowego pyłu aluminiowego. Uzyskuje się dzięki temu warstwę odbijającą światło - powierzchnię odblaskową.

Do powierzchni płaskich badanego elementu przykleja się wprost płaskie płytki wykonane z materiału optycznie czułego. W przypadku powierzchni zakrzywionych powłokę pozostająca jeszcze w stanie plastycznym kształtuje się na badanym elemencie, a następnie po jej stwardnieniu przykleja się do tego elementu. Przy obciążeniu konstrukcji, razem z nią odkształca się naniesiona warstwa elastooptyczna, w której zaistnieje w ogólnym przypadku dwuosiowy stan naprężeń odpowiadający stanowi naprężeń na powierzchni konstrukcji.

W przypadku, kiedy powierzchnia oklejona płytką zostaje ściskana, rozciągana bądź ścinana - na przyklejonej warstwie wystąpią charakterystyczne barwy (pasma izochrom). Jednak zjawisko to wystąpi tylko wtedy, kiedy zmiany powierzchniowe nastąpią po fakcie trwałego przyklejenia płytki. Tak więc, przyklejenie płytki na naprężoną powierzchnię nie wykaże początkowo żadnych barw i w świetle spolaryzowanym będzie ona wykazywała wyjściową, jednorodną barwę szarą.

2.    Koncentracja naprężeń w sąsiedztwie karbów

Przyczyną pojawiania się miejscowo koncentracji naprężeń jest zagęszczenie linii sił w pobliżu otworów, zmian przekroju i innych karbów. Miarą lokalnego zwiększenia tych sił jest współczynnik koncentracji naprężeń nazywany też współczynnikiem kształtu, równy stosunkowi naprężeń zwiększonych przez działanie koncentratora do naprężenia w tym samym punkcie, bez jego udziału. Wielkość współczynnika zależy od rodzaju obciążenia, kształtu obiektu, rodzaju i wymiarów koncentratora oraz jego orientacji względem obciążenia, fizyko-mechanicznych własności materiału itp. W każdej konstrukcji powinny być znane osobliwości pola naprężeń w rejonie koncentratorów, a więc określona ich wielkość i kierunki ich działania. Zjawisko jest jednak bardzo

127

1

   dr hab. inż. , Akademia Górniczo - Hutnicza w Krakowie

2

   dr inż.. Akademia Górniczo - Hutnicza w Krakowie , [e-mail]