Fotoelasticimetrija. Fotoelasticimetrija. Fotoelasticimetrija. Fotoelasticimetrija. Fotoelasticimetrija

Transcript

1 doc.dr. Samir Lemeš Opis metode Dobivanje polariziranog svjetla i vrste polariskopa Model u ravninski polariziranom svjetlu Model u kružno polariziranom svjetlu Analiza rezultata 2/30 je optička metoda za određivanje naprezanja i deformacija u konstrukcijama, zasnovana na optičkoj dvolomnosti materijala u napregnutom stanju Ispitivanja se vrše na prozirnom modelu od fotoelastičnog materijala Veličina i raspored naprezanja mogu se mjeriti pomoću polariziranog svjetla pomoću polariskopa. 3/30 4/30 Svjetlo je vidljiv dio elektromagnetskog zračenja sastavljeno od transverzalnih talasa talasne dužine od 380 do 770 nm (1nm = m) Dnevno (bijelo, polihromatsko) svjetlo sadrži talase različitih talasnih dužina Monohromatsko (jednobojno) svjetlo sadrži talase samo određene talasne dužine Boja svjetlosti zavisi od talasne dužine 5/30 6/30 1

2 Radi objašnjenja pojava u fotoelasticimetriji svjetlo se prikazuje pomoću vektora svjetla Taj vektor prikazuje, za određeno mjesto na zraci svjetla i za određeni trenutak, elongaciju elektromagnetskog talasa i smjer titranja zrake u ravni okomitoj na smjer njenog rasprostiranja Kod nepolariziranog svjetla vektor svjetla orijentisan je na nepredvidljiv, slučajan način Internet link za polarizaciju 7/30 8/30 Svjetlo je polarizirano ako je vektor orijentisan na određen, predvidljiv način Kod linearno (ravninski) polariziranog svjetla vektori svjetla su u svim tačkama talasa jednako orijentisani Svjetlo je kružno polarizirano ako vrhovi vektora koji prikazuju amplitudu talasa uzduž zrake leže na kružnoj zavojnici oko smjera rasprostiranja talasa 9/30 10/30 Polaroidni filter je optički element koji nepolarizirano svjetlo pretvara u ravninski polarizirano Ravan polarizacije prolazi kroz osu polaroidnog filtera Optički izotropni materijali Optički anizotropni (dvolomni) materijali razdvajaju vektor svjetla na dvije okomite komponente 11/30 12/30 2

3 Brzine talasa zraka koje nastaju prolaskom kroz dvolomne materijale su različite (brza i spora osa) Fotoelastični materijali (izotropni materijali pogodni za izradu modela u fotoelasticimetriji) postaju dvolomni kad se podvrgnu opterećenju Smjerovi glavnih naprezanja σ1 i σ2 ravninski napregnutog modela postaju brza i spora osa Relativno zaostajanje (fazna razlika) jedne komponente svjetla za drugom nakon prolaza kroz napregnutu fotoelastičnu ploču proporcionalno je razlici li i glavnih l ih naprezanja j i debljini d blji i ploče: R = Cσ (σ1-σ2) h Cσ je optička konstanta naprezanja h je debljina ploče modela 13/30 14/30 može se dobiti na više načina Pomoću refleksije na staklenim pločama Pomoću specijalnih prizmi izrađenih od kalcita (Nicolove prizme, Ahrensove prizme i dr.) Pomoću polaroidnih filtera 15/30 λ/4 četvrtvalna č t t l ploča, D leća kamere ili projekcijskog uređaja, M ispitivani model 16/30 17/30 P polarizator, polarizator A analizator, S izvor svjetla, L leća za fokusiranje, C1,2 sabirne leće Kad ravninski polarizirano svjetlo pada na polaroidni filter, on će propustiti samo projekciju vektora svjetla u smjeru njegove ose, a okomitu k it će ć apsorbovati 18/30 3

4 U polariskop se postavlja ravninski model M od fotoelastičnog materijala, okomito na pravac širenja svjetla Komponente svjetla prolaze kroz model različitim brzinama, pa se nakon napuštanja modela razlikuju u fazi za iznos: Nakon izlaska iz modela, komponente vektora svjetla imaju vrijednost: 19/30 20/30 Nakon prolaska svjetla kroz analizator komponente A' 1 i A' 2 dolaze do analizatora čija je optička osa vodoravna, tako da će on apsorbovati vertikalne projekcije komponenti a propustiti njihove vodoravne projekcije A'' 1 i A'' 2. Jačina svjetla I koju vidi posmatrač kroz analizator proporcionalna je kvadratu vektora svjetla: Do poništenja svjetla (I = 0) može doći usljed tri efekta: efekta frekvencije, efekta glavnih naprezanja i efekta razlike glavnih naprezanja 21/30 22/30 23/30 Efekat frekvencije (ω=0) nema praktičnu korist, jer se zbog velike brzine ne može registrovati Ako je 2 =n, (n=0,1,2,...), biće I=0 Ovaj je uslov ispunjen na onim mjestima gdje je pravac jednog od glavnih naprezanja paralelan osi polarizatora Ta mjesta na modelu će na slici modela biti tamna, a linija koja spaja ta tamna mjesta naziva se izoklina. 24/30 Trajektorije naprezanja (izostatičke linije) su dvije ortogonalne familije krivulja takve da kroz svaku tačku tijela prolaze dvije trajektorije, po jedna iz svake familije, a tangente na te krivulje podudaraju se s pravcima glavnih naprezanja 4

5 Na mjestima modela gdje je razlika glavnih naprezanja takva da je /2=n, postaje I=0 Ovaj je uslov ispunjen na onim mjestima gdje je n=0,1,2,3, Tu će doći do poništenja svjetla i do pojave tamnih mjesta Interferencijske linije koje povezuju tamna mjesta nazivaju se izokrome (izokroma znači linija iste boje) 26/30 25/30 U linearnom polariskopu s ravninski polariziranim svjetlom na opterećenom modelu se vide istovremeno linije izoklina i izokroma Da bi se snimile čiste linije izoklina koristi se slabo optički osjetljiv materijal (npr. pleksiglas) i bijelo svjetlo U polariskopu s kružno polariziranim svjetlom se vide samo linije izokroma Glavna jednačina fotoelasticimetrije: Red izokrome: N= /2 Fotoelastična konstanta naprezanja: f = /C Fazna razlika: Debljina modela: h 27/30 Kružno polarizirano svjetlo Kružno polarizirano svjetlo 28/30 Analiza rezultata Izokrome određuju razliku glavnih naprezanja, a izokline pravce glavnih naprezanja U cirkularnom polariskopu dobivaju se samo izokrome Red izokrome N se može odrediti brojanjem izokroma na slici modela Dvije susjedne izokrome istog su reda ili se razlikuju za jedinicu 29/30 30/30 5