Партнерка на США и Канаду по недвижимости, выплаты в крипто
- 30% recurring commission
- Выплаты в USDT
- Вывод каждую неделю
- Комиссия до 5 лет за каждого referral
Введение в анализ механических напряжений по методу PhotoStress®
1.0. Общая информация
PhotoStress® — широко распространённый метод точного измерения поверхностных напряжений с целью определения критических областей детали или конструкции при статических или динамических испытаниях.
При использовании метода PhotoStress сначала на испытуемую деталь наносят специальное пластиковое покрытие. Затем, когда к детали прикладываются испытательные или эксплуатационные нагрузки, покрытие освещают поляризованным светом от отражательного полярископа. При наблюдении через полярископ напряжения, возникающие в детали, отображаются на её покрытии в виде цветной информативной картины, что позволяет сразу же оценить общее распределение нагрузки и выявить области с высоким напряжением. С помощью оптического преобразователя (компенсатора), подключённого к полярископу, можно легко и быстро производить количественный анализ механических напряжений. Фотографируя или осуществляя видеозапись, можно непрерывно регистрировать общее распределение прикладываемой нагрузки.
С помощью метода PhotoStress вы можете:
· Мгновенно определять критические области, выделяя недогруженные или перегруженные участки.
· Точно измерять максимальные напряжения и определять концентрации напряжений вокруг отверстий, пазов, кромок и других потенциально опасных участков.
· Оптимизировать распределение напряжений в деталях и конструкциях, обеспечивая максимальную надёжность даже при минимальном весе.
· Измерять главные напряжения и их направления в любой точке нанесённого на деталь покрытия.
· Неоднократно проводить испытания при различных условиях нагрузки, не нанося заново покрытие на деталь.
· Проводить измерения напряжений как в лаборатории, так и на месте эксплуатации.
· Выявлять и измерять монтажные и остаточные напряжения.
· Обнаруживать возникновение и наблюдать за перераспределением напряжений в области пластической деформации.
Рис. 1. Фотоупругое покрытие формуют по поверхности отливки автомобильной помпы
Фотоупругое покрытие может наноситься на поверхность практически любой испытываемой детали, независимо от её формы, размера или материала, из которого она изготовлена. Для нанесения покрытий на детали сложной формы жидкий пластик наливают в плоскую изложницу и оставляют до частичной полимеризации. Полученный лист, находящийся всё ещё в пластичном состоянии, вынимают из изложницы и формуют руками по контурам детали (см. Рис. 1). После полного отверждения пластиковое покрытие приклеивают на деталь с помощью специального светоотражающего цемента. Теперь деталь готова к испытаниям. Для плоских поверхностей готовые плоские листы вырезают по размеру и приклеивают непосредственно на испытываемую деталь. См. Руководства по применению IB-221 и IB-223.
Метод PhotoStress давно и успешно применяется практически во всех отраслях промышленности и строительства, где используется анализ напряжений, в том числе в автомобильной промышленности, в сельскохозяйственном машиностроении, в авиационной и аэрокосмической промышленности, при строительстве зданий, производстве двигателей, сосудов высокого давления, офисного оборудования и бытовой техники, в судостроении и мостостроении, а также во многих других областях.
2.0. Поляризованный свет: основные понятия
Свет или световые лучи — это электромагнитные колебания, подобные радиоволнам. Рассеянный источник света (лампа накаливания) испускает лучистую энергию, которая распространяется во всех направлениях и содержит весь спектр колебаний разных частот или длин волн. Часть этого спектра — с длинами волн от 400 до 800 нм (от 15 до 30×10–6 дюйма) — находится в пределах системы зрительного восприятия человека.
Колебание световых волн перпендикулярно направлению их распространения, то есть здесь речь идет поперечных световых волнах. Однако, при введении поляризационного фильтра P (Рис. 2) будет пропускаться только одна составляющая этих колебаний (та, которая параллельна оптической оси фильтра). Полученные таким образом лучи называют поляризованным, или «плоскополяризованным» светом, поскольку колебания происходят в одной плоскости. Если на пути распространения лучей установить ещё один поляризационный фильтр A, то в случае, когда оси двух этих фильтров перпендикулярны друг другу, луч света может полностью исчезнуть.
В вакууме и воздухе свет распространяется со скоростью C = 3×1010 см/с. В других прозрачных средах скорость распространения света V ниже, а отношение C/V называют показателем преломления. В однородных средах данный коэффициент постоянен и не зависит от направления распространения света или плоскости колебаний. Однако в кристаллах показатель преломления зависит от ориентации колебаний по отношению к кристаллографическим осям. Некоторые материалы, особенно пластики, ведут себя как изотропные вещества, пока они находятся в ненапряжённом состоянии. Но когда они оказываются под нагрузкой, то становятся оптически анизотропными. Фотоупругий эффект состоит в том, что в веществе механическое напряжение и оптический показатель преломления связаны друг с другом.
Когда поляризованный луч проходит через прозрачную пластиковую пластину толщиной t, где X и Y — направления главных напряжений в рассматриваемой точке, световой луч разделяется, и далее в плоскостях X и Y распространяются уже два поляризованных луча (см. Рис. 3). Если интенсивности деформаций вдоль X и Y обозначить εx и εy, а скорости колебаний световых потоков в этих направлениях — Vx и Vy соответственно, то поскольку время, необходимое лучам для прохождения через пластину, определяется формулой t/V, они будут смещены друг относительно друга на величину относительной задержки:
(1)
где n — коэффициент преломления.
Используя закон Брюстера, получаем:
(2)
Постоянная K называется коэффициентом оптической чувствительности по деформации и характеризует физическое свойство материала. Обычно значение этой безразмерной константы устанавливают калибровкой. Её можно считать аналогом «коэффициента тензочувствительности» тензорезистора. Объединяя вышеприведённые уравнения, получаем:
при прохождении (3)
при отражении (свет проходит через пластиковую пластину дважды) (4)
Таким образом, базовым соотношением при измерении напряжений методом Photostress, будет следующее выражение:
(5)
Из-за наличия относительной задержки δ, фазы двух волн, выходящих пластиковой пластины, больше не будут совпадать. Анализатор A будет пропускать только по одной составляющей каждой из этих волн (которая параллельна A), как показано на Рис. 3. Из-за последующей интерференции указанных составляющих результирующая интенсивность света будет зависеть от:
· относительной задержки δ;
· величины угла между анализатором и направлением главных деформаций (β – α).
В случае плоского полярископа интенсивность выходящего света будет описываться формулой:
(6)
Интенсивность света становится равной нулю, когда β – α = 0, или когда пересекаемый лучом света поляризатор/анализатор расположен параллельно направлению главных напряжений. Таким образом, настраивая плоский полярископ, можно найти направления главных деформаций.
Установка оптических фильтров (четвертьволновых пластин) на пути распространения лучей позволяет получить свет с круговой поляризацией (Рис. 4). В этом случае наблюдаемое изображение не будет зависеть от направления главных напряжений. Тогда интенсивность выходящего света будет равна:
(7)
В круговом полярископе интенсивность света становится равной нулю, когда δ = 0, δ = 1λ, δ = 2λ…, или в общем случае:
δ = Nλ,
где N = 1, 2, 3 и т. д.
Число N также называют порядковым номером интерференционной полосы (порядком интерференции). Оно показывает величину δ. Выберем длину волны:
λ = 22.7 × 10–6 дюйма (575 нм)
Тогда относительная задержка, или фотоупругий сигнал, будет просто описываться величиной N. Рассмотрим пример:
Если N = 2, (δ) Задержка = 2 Интерференционные полосы,
или δ = 2 λ,
или δ = 45.4 × 10–6 дюйма (1150 нм).
Когда δ = Nλ известна, разность между главными напряжениями можно найти по формуле:
(8)
Где f - количество интерференционных полос на единицу напряжения, куда входят все константы, а N — результат измерений.
При необходимости получить более подробную информацию по теории поляризованного света и его использовании в сочетании с фотоупругими покрытиями обратитесь к учебным пособиям и другим источникам, которые приведены в списке литературы.
3.0. Инструменты и материалы для метода PhotoStress
3.1. Отражательный полярископ
Для проведения Photostress анализа используют отражательный полярископ, позволяющий наблюдать и измерять поверхностные напряжения на испытываемой детали с нанесённым фотоупругим покрытием (Рис. 5). Отражательный полярископ LF/Z-2 системы Photostress (Рис. 6) предоставляет возможность проводить измерения напряжений в широком диапазоне. Например, измерения на небольших деталях или в областях с высокой концентрацией напряжений будут проще, а результаты будут точнее, если увеличить изображение, воспользовавшись цифровой видеокамерой, поставляемой с полярископом. А стандартный источник света, используемый для статических измерений, легко заменяется на имеющийся в аксессуарах стробоскопический источник света для циклических динамических измерений.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 |
Основные порталы (построено редакторами)