1.6 Штучне подвійне променезаломлення

Як відзначалося в розділі (1.3), подвійне променезаломлення спостерігається при проходженні світла через оптично анізотропні речовини, до яких належать всі прозорі кристали, за винятком тих, що належать до кубічної системи.

Прозорі ізотропні тверді тіла (скло, полімери) не мають властивості подвійного променезаломлення. Проте, під впливом зовнішньої механічної напруги вони стають анізотропними і мають властивість подвійного променезаломлення. Це явище називається штучним подвійним променезаломленням або фотопружністю, і знаходить практичне застосування для дослідження розподілу механічних напруг у деталях.

Метод фотопружності дозволяє побачити (або сфотографувати) розподіл напруг у деталях різноманітної форми, визначити розміри цих напруг, що можуть бути небезпечні для цілісності деталей.

Для цих досліджень виготовляється модель деталі з прозорого фотопружнього матеріалу (наприклад, з оргскла). Деталь навантажується відповідно до умов їх експлуатації і розміщується між схрещеними поляризатором і аналізатором. Картина, що виникає в результаті інтерференції поляризованих променів, які пройшли аналізатор, дозволяє одержати інформацію про розподіл механічних напруг у досліджуваній деталі.

Основні закономірності фотопружності, використовувані в цих дослідженнях:

1. Напрямок ГОВ збігається з напрямком механічних напруг.

2. Міра подвійного променезаломлення напруженого зразка (різниця показників заломлення) пропорційна нормальній механічній напрузі:

,

(8)

де σ - механічна напруга ([σ] = Н/м²). Коефіцієнт пропорційності для застосовуваного в даній роботі матеріалу (оргскло - поліметілметакрилат) k = 1,65 10^-11 Н/м².

При товщині деталі d оптична різниця ходу звичайного і незвичайного променів після проходження через деталь буде дорівнювати:

.

(9)

У тому випадку, якщо Δ_опт дорівнює непарному числу довжин напівхвиль (7), то поле зору буде мати відповідний колір і, отже, усі точки моделі з однаковою механічною напругою будуть мати однаковий колір. Області однакового кольору (ізохроми) дозволяють визначати напруги в моделі, а взаємні розташування ізохром дозволяють знайти місця концентрацій напруг.

2 Експериментальна частина

2.1. Мета роботи

1. Вивчення явища фотопружності.

2. Розрахунок максимальних механічних напруг для областей стиснення і розтяжіння за формулою:

   .

   (10)

3. Визначення точок концентрації напруг.

2.2 Прилади і приладдя

Полярископ ПКС-500, оптична схема якого показана на рис.7.

2.3Порядок проведення вимірів рис.

1. Попередньо напружену деталь розмістіть на предметному столику і, спостерігаючи за інтерференційною картинкою через аналізатор, повертайте деталь на предметному столику доти, поки в області моделі, підданій стисненню, не з'явиться червона ізохрома, а в області розтяжіння - зелена. Області стиснення і розтяжіння деталі визначають по характеру прикладених сил.

2. На окремому листі нарисуйте контур деталі, зазначте напрямок прикладених сил і виділіть ізохрому нульового кольору (бузкового кольору), тобто кольору якій збігається з фоном і відповідає тим точкам деталі, де напруги відсутні.

3. Нанесіть основні ізохроми, кольори яких приведені в табл. 1.

4. Знайдіть точки концентрації напруг, тобто ті точки, де ізохроми сходяться, зближаються.

Таблиця 1

Характер деформації	Кольори ізохром	Різниця ходу Δ опт · 10-7, м
Розтяжіння	Жовта	3,25
	Зелена	2,00
	Блакитна	1,15
Нейтральна	Бузкова	0
Стиснення	Червона	0,25
	Оранжева	1,30
	Жовта	2,60