Tehnica fotoelasticitatii prin reflexie

Tehnica fotoelasticitatii prin reflexie

Analiza starii de tensiune in structurile plane, cu ajutorul tehnicii fotoelasticitatii prin transparenta, prezentata mai sus, se face pe modelele acestor structuri, executate la scara din materiale optic active, numite materiale fotoelastice.

Rezultatele investigatiilor intreprinse pe modele se transfera la structura reala tinand sema de scara lungimilor si scara fortelor, obtinandu-se in final starea de tensiune din structura reala.

Starea de tensiune de pe suprafata unor structuri poate fi determinata si direct, pe cale fotoelastica, folosind o tehnica speciala cunoscuta sub numele de tehnica fotoelasticitatii prin reflexie(sau tehnica invelisurilor fotoelastice reflectorizante).

In acest scop, zona de pe suprafata structurii care urmeaza sa fie investigata se curata cu hartie abraziva pana se obtine o suprafata mata si se degreseaza cu acetona si alcool. Pe suprafata astfel pregatita se lipeste cu un adeziv special reflectorizant o folie fotoelastica transparenta cu grosimea de 1,0 - 1,5 mm.

Daca suprafata structurii este curbilinie, se pregateste separat pe o placa de teflon, o folie subtire, dintr-un amestec special format dintr-o rasina epoxidica si intaritor. Inainte de intarire (polimerizare totala), folia se desprinde de pe placa de teflon si se aplica pe suprafata structurii, mulandu-se dupa forma aceseia. Pentru ca sa nu se lipeasca de structura, inainte de aplicare, folia se unge pe suprafata interioara cu ulei siliconic. Dupa ce s-a aplicat pe suprafata structurii, folia se fixeaza pe margine cu hartie adeziva si se mentine timp de 24 ore pentru intarire. Folia intarita se desprinde de pe suprafata structurii si se degreseaza cu acool la partea interioara. Se degreseaza, de asemenea, cu alcool si suprafata structurii pe care se intinde o pelicula subtire si uniforma de adeziv reflectorizant. Folia fotoelastica intarita se aplica peste stratul adeziv apasandu-se usor in vederea inlaturarii bulelor de aer care se formeaza si pentru uniformizarea stratului de adeziv. Se fixeaza pe margine cu panglica adeziva si se mentine timp de 24 ore, pentru intarirea stratului de adeziv reflectorizant. Prin aceasta folia fotolastica adera perfect la suprafata structurii si se deformeaza odata cu aceasta in urma incarcarii, devenind birefringenta.

Efectul de birefrigenta in diferite puncte de pe suprafata foliei poate fi evidentiat cu ajutorul unui polariscop cu lumina polarizata circular, de constructie speciala, avand axa optica franta, numit polariscop cu reflexie(fig. 24). Razele de lumina emise de sursa, trec prin polarizor si prin prima lama sfert de unda, dupa care traverseaza folia fotoelastica de grosime h, care deformandu-se odata cu structura pe care este aplicata devine birefringenta. Intalnind stratul de adeziv reflectorizant, razele de lumina se reflecta, traversand  din nou folia fotoelastica, dupa care prin cea de-a doua lama sfert de unda si prin analizor, ajungand pe obiectivul aparatului fotografic, sau pe ochiul observa-torului. Polariscopul cu reflexie are posibi-litatea scoaterii lamelor sfert de unda din sistemul optic (prin ro-tire), transformandu-se intr-un polariscop cu lumina polarizata plan. Utilizand cele doua feluri de lumina pola-rizata, pot fi inre-gistrate atat izoclinele cat si izocromatele, din prelucrarea carora se determina diferenta tensiunilor principale (σ₁ - σ₂) si directiile acestora, in orice punct de pe suprafata structurii, din zona investigata.

Fig. 24 Fotoelasticitate prin reflexie

In cazul fotoelasticitatii prin reflexie, tinand seama ca raza de lumina reflectata de stratul de adeziv reflectorizant traverseaza invelisul fotoelastic de doua ori, expresiile (18) si (19) devin:

, (51)

, (52)

Tinand seama de (40), expresiile (51) si (52) devin:

, (53)

, (54)

sau

, (55)

, (56)

unde

, (57)

, (58)

sunt constantele fotoelastice de tensiune, respectiv de deformatie ale foliei. Tinand seama de (55), (56) si de (50), rezulta:

, (59)

De regula, in practica, coeficientul de deformatie optica C_ε este indicat de producatorul foliei fotoelastice, iar coeficientul de tensiune optica C_σ se determina in functie de acesta cu expresia (49).

Cunoscandu-se coeficientul C_ε si grosimea h a foliei se poate determina constanta fotoelastica de deformatie f_ε, a foliei, cu expresia (58), considerand λ = 5,9.10^-7m, corespunzatoare culorii galben, pentru care se produce extinctia totala in lumina alba (δ = N.λ).

Daca coeficientul de deformatie optica C_ε este necunoscut, constanta fotoelastica de deformatie optica f_ε a foliei se determina experimental printr-o operatie de etalonare. In acest scop pe o lama cu sectiunea dreptunghiulara, confectionata din acelasi material cu structura investigata, incastrata la un capat si libera la celalat se aplica o folie fotoelastice identica cu cea aplicta pe structura. Pe suprafata foliei se stabileste un punct M, la distanta l de capatul liber, care va fi vizat prin polariscopul cu reflexie (fig.25).

Fig. 25 Determinarea coeficientului de deformatie optica C_ε

Pentru o sarcina P aplicata pe capatul liber, tensiunea maxima din sectiunea corespunzatoare punctului M, este:

, (60)

Din (59) rezulta:

, (61)

unde E_s si n_s sunt constantele elastice ale materialului structurii. Pentru lamela din figura 25, σ₂ = 0 si expresia (61) devine:

,

unde

.

Inlocuind, se obtine:

Inlocuind (60) rezulta expresia pentru calculul constantei fotoelastice de deformatiei optica, exprimata in μm/m.fr.

(62)

Folosind expresia (62) si in acest caz se poate trasa curba de etalonare a foliei fotoelastice intr-un sistem P = f(N).

Pentru determinarea diferentei tensiunilor principale (σ₁ - σ₂) intr-un punct de pe suprafata structurii se considera ca deformatiile specifice din folia fotoelastica sunt identice cu cele din structura si .

Pentru structura se poate scrie:

(63)

iar pentru folia elastica,

(64)

Considerand si in expresiile (63) si inlocuind deformatiile specifice in expresiile (64) se obtine:

(65)

Inlocuind σ_1f si σ_2f in expresia (55), dupa unele transfomari se obtine:

(66)

Tinand seama de (50), expresia (66) mai poate fi scrisa sub forma

(67)