2.3 Оценка полей напряжений поляризационно-оптическим методом

При исследовании поляризационно-оптическим методом была поставлена задача – рассмотреть поля напряжений внутри стенок трубы при приложении сил, получаемых от действия шариковой раскатки.

В качестве материала для изготовления образца была взята оптически активная эпоксидная смола ЭД-6, отверженная фталевым отвердителем и пластифицированная дибутилфталатом . Эпоксидная смола ЭД-6 имеет следующие характеристики:

– температура размягчения от 3 до 5˚С;

– молекулярный вес 550;

– содержание эпоксидных групп 18%;

– температура замораживания ­от 130 до 140˚С;

– предел прочности на растяжение 1,5 МПа;

– модуль упругости от 18 до 20 МПа.

В опытах был использован универсальный проекционный аппарат (рисунок 14), состоящий из источника света 1, поляризатора 2, раскатника с исследуемым образцом 3, анализатора 4 и рукоятки для настройки 5.

Рисунок 14 – Универсальный проекционный аппарат, применяемый для

исследований поляризационно-оптическим методом

Луч света от источника 1 который проходит поляризатор 2, который пропускает световые колебания лишь в своей главной плоскости. После поляризатора свет плоско поляризован. Далее поляризованные световые волны проходят через напряженную модель с различной скоростью, в результате чего выходит из нее с некоторой линейной разницей хода. Для измерения величины этой разности хода необходимо появление интерференции. Для этой цели далее установлена вторая поляризационная пластинка – анализатор 4. Главные оси анализатора скрещены. Далее через анализатор, скрещенный с поляризатором, свет пройти не может, и на экране будет наблюдаться интерференционная картина напряжений.

Рисунок 15 – Нагружающее устройство имитирующее раскатник

Для постепенного нагружения образца было изготовлено устройство имитирующее раскатник (рисунок 15), состоящее из конуса 1, деформирующего элемента 2, втулки с тремя лепестками 3, крышки 4, болта 5.

Было произведено последовательное нагружение тремя силами, эмитирующими раскатник, действующими на внутреннюю стенку образца.

Принцип действия нагружающего устройства состоит в том, что при повороте болта 5 начинает втягиваться конус 1, разжимая лепестки втулки 3 с деформирующими элементами 2 в результате чего на внутреннюю поверхность образца оказывается давление.

Были проведены опыты нагружения модели тремя силами Р, имитирующими раскатник, действующими на внутреннюю стенку. Все изображения были сфотографированы. Результаты представлены на рисунках 16–20.

Исследуемый образец без нагрузки, помещенный в поляризатор и просвеченный поляризованным светом был прозрачным и имел равномерный светло-желтый цвет (рисунок 16). Из этого следует, что образец находится в ненапряженном состоянии и не имеет остаточных напряжений.

Раскатник помещается в образец без соприкосновения с деформирующими элементами. Далее закручиваем болт, втягивая конус в результате чего происходит нагружение образца с силой 1Р в точках его соприкосновения с деформирующими элементами.

Рисунок 16 – Образец без нагрузки

По мере увеличения напряжения происходит изменение цветов на экране полярископа. На рисунках 17–18 видно каким образом распределяются поля напряжений. 1Р < 2P< 3P < 4P < 5P.

Рисунок 17 – Нагружение силой 1Р и 2Р

Рисунок 18 – Нагружение силой 4Р и 5Р

В месте действия деформирующих элементов возникают растягивающие напряжения, а между деформирующими элементами – сжимающие.

На рисунке 19 в порядке удаления от места приложения силы различимы следующие цвета спектра: желтый, серый, тускло-красный, зеленый, сине-зеленый, розовый, оранжевый, зелено-желтый, зеленый, синий, розово-красный, оранжевый, желтый.

Рисунок 19 – Место приложения силы на стенку образца

Из результатов исследований можно сделать выводы о распределении напряжений по сечению трубы. Наглядно видно каким образом распределяются поля напряжений. Наибольшие напряжения сконцентрированы в местах приложения сил, возникающих от действия шариков раскатного механизма. В этих местах поля напряжений принимают форму окружности. Видно, что поля напряжений от каждой силы распределены симметрично. Исходя из этого, сечение образца, условно, можно разделить на три одинаковые части, где будут наблюдаться похожие поля напряжений.