Фотоупругость
Фотоупругость описывает изменения оптических свойств материала при механической деформации. Это свойство всех диэлектрических сред и часто используется для экспериментального определения распределения напряжений в материале, где оно дает картину распределения напряжений вокруг несплошностей в материалах. Фотоупругие эксперименты (также неофициально называемые фотоупругостью ) являются важным инструментом для определения критических точек напряжения в материале и используются для определения концентрации напряжения в неправильных геометрических формах.
Явление фотоупругости впервые было обнаружено шотландским физиком Дэвидом Брюстером , который сразу признал его двулучепреломлением , вызванным напряжением . [1] [2] Этот диагноз был подтвержден в эксперименте с прямым преломлением Огюстеном-Жаном Френелем . [3] Экспериментальные схемы были разработаны в начале двадцатого века в работах Э. Г. Кокера и Л. Н. Г. Филона из Лондонского университета . Их книга « Трактат о фотоупругости », опубликованная в 1930 году издательством Cambridge Press ., стал стандартным текстом на эту тему. Между 1930 и 1940 годами появилось много других книг по этой теме, в том числе на русском , немецком и французском языках . Макс М. Фрохт опубликовал классическую двухтомную работу «Фотоупругость» в этой области. [4] В то же время в этой области произошло большое развитие – были достигнуты значительные улучшения в технике, а оборудование было упрощено. С усовершенствованием технологии фотоупругие эксперименты были расширены до определения трехмерных состояний напряжения. Параллельно развитию экспериментальной техники первое феноменологическое описание фотоупругости было дано в 1890 году Фридрихом Поккельсом [5] .однако это было доказано неадекватным почти столетие спустя Нельсоном и Лаксом [6] , поскольку описание Поккельса учитывало только влияние механической деформации на оптические свойства материала.
С появлением цифровых полярископов , ставших возможными благодаря светодиодам, стал возможен непрерывный мониторинг конструкций под нагрузкой. Это привело к развитию динамической фотоупругости, которая внесла большой вклад в изучение сложных явлений, таких как разрушение материалов.
Фотоупругость использовалась для различных анализов напряжения и даже для рутинного использования в проектировании, особенно до появления численных методов, таких как конечные элементы или граничные элементы. [7] Оцифровка полярископии позволяет быстро получать изображения и обрабатывать данные, что позволяет ее промышленным применениям контролировать качество производственного процесса для таких материалов, как стекло [8] и полимер. [9] Стоматология использует фотоупругость для анализа деформации материалов зубных протезов. [10]
Фотоупругость можно успешно использовать для исследования сильно локализованного напряженного состояния в каменной кладке [11] [12] [13] или вблизи жесткого линейного включения (ребра жесткости) , встроенного в упругую среду. [14] В первом случае задача является нелинейной из-за контактов между кирпичами, а во втором случае упругое решение является сингулярным, так что численные методы могут не дать правильных результатов. Их можно получить с помощью фотоупругих методов. Динамическая фотоупругость в сочетании с высокоскоростной фотографией используется для исследования разрушения материалов. [15] Еще одним важным применением экспериментов по фотоупругости является изучение поля напряжений вокруг вырезов из двух материалов.[16] Выемки из двух материалов существуют во многих инженерных приложениях, таких как сварные или клеевые конструкции.
То же устройство работает как плоский полярископ, если четвертьволновые пластины отведены в сторону или повернуты так, чтобы их оси были параллельны осям поляризации.