Помощью поляризационно-оптического метода

ПОМОЩЬЮ ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ОПТИЧЕСКОГО МЕТОДА

 

Цель работы: экспериментальное определение вида и количественных значений напряжений в обрабатываемой детали при формообразовании внутренних резьб метчиками.

8. 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

 

Оптические методы исследования наряду с высокой чувствительностью и точностью измерения обеспечивают наглядность получаемых результатов, дают визуализацию полей напряжений (деформаций) по всей поверхности и в отдельных точках модели.

Поляризационно-оптический метод основан на свойстве большинства прозрачных изотропных материалов (целлулоид, бакелит, отвердевшие эпоксидные смолы и др. ) приобретать под действием напряжений способность двойного лучепреломления. Материалы, обладающие таким свойством, называются оптически чувствительными, а изотропные, прозрачные материалы становятся при нагружении оптически анизотропными и начинают вести себя как двояко преломляющая кристаллическая пластинка. Величина двойного лучепреломления, связанная с величиной напряжений, может быть измерена оптическим методом при просвечивании модели поляризованным светом. Поляризованный свет создается в специальном приборе – полярископе. На рис. 8. 1 представлена схема прохождения поляризованного монохроматического света с длиной волны  в полярископе с нагруженной моделью.

В любой точке модели, в том числе и там, где проходит луч света, имеется плоское напряженное состояние, которое определено величиной и направлением двух взаимно перпендикулярных главных векторов напряжении s₁и s₂, действующих в плоскости модели. Наклон векторов главных напряжений к вертикали или горизонтали равен a. В напряженной модели распространение света подчиняется закону Брюстера, согласно которому вектор света А разлагается по двум направлениям на составляющие А₁ и А₂, которые проходят через напряженную модель с различными скоростями, пропорциональными s₁и s₂ соответственно. Вследствие различных скоростей векторы А₁ и А₂ после прохождения через модель получают разность хода S.

 

 

Рис. 8. 1 Разложение линейно поляризованного луча света: 1 – модель; 2 – поляризатор; 3 – анализатор

 

В дальнейшем обе линейно поляризованные волны А₁ и А₂ проходят через анализатор. Анализатор установлен перекрестно поляризатору и поэтому пропускает только горизонтальные составляющие  и  (рис. 8. 1). Конечный оптический эффект создается равнодействующей этих волн. При помощи параллелограмма, на котором показано разложение А на А₁ и А₂, легко установить, что амплитуды  и  равны. Пропустит или не пропустит анализатор свет, зависит от сдвига фаз ( ), т. е. от разности (  – ). Если в рассматриваемой точке модели s₁ – s₂ = 0, то и , а Н₁ и Н₂ будут в противофазе и эта точка будет темной. Представим, что (s₁ – s₂) возрастает до . Тогда сдвиг фаз составит половину длины волны, происходит сложение колебаний и получается максимум яркости. При дальнейшем возрастании  яркость снова убывает, пока при  обе волны снова окажутся в противофазе и взаимно погасятся.

Дальнейшее увеличение d приводит к повторению этого процесса так, что при целом d всегда происходит полное затемнение, а в промежутках – увеличение яркости. Так как эта зависимость в равной мере действительна для любых точек модели, то все точки, в которых (s₁ – s₂) имеет одинаковую величину, соединяются темными линиями, которые называются изохромами. В зависимости от величины сдвига фаз (d = 0,  1, 2,  3 и т. д. ) определяется порядок изохромы (соответственно – 0; 1, 2, 3, … порядка).

Из теории упругости известно, что распределение напряжений в пластине в условиях плоской деформации или обобщенного плоского напряженного состояния не зависит от упругих постоянных материалов. Поэтому, если удается найти распределение напряжений для пластинки (детали) из какого-либо изотропного материала, то эти результаты могут быть приняты для модели из другого изотропного материала при условии, что в обоих случаях величина, расположение внешних сил и размеры пластинок будут одинаковыми. Кроме того, оптически активные материалы в довольно широких пределах следуют закону Гука.

На рис. 8. 2 показан пример картины напряжений в зоне резания, выявленной с помощью поляризационно-оптического метода (в отверстии оптически чувствительного материала пластинки производили нарезание резьбы метчиком).

 

 

Рис. 8. 2 Картина напряжений в зоне резания:

1 – инструмент (метчик); 2 – образец; 3– картина напряжений в зоне

резания

 

Представленные на рис. 8. 2 черно-белые линии различной толщины, расходящиеся от зоны контакта инструмента с материалом пластинки и есть изохромы напряжений.

Экспериментальная установка для исследования этих напряжений при нарезании внутренних резьб представлена на рис. 8. 3.

Модель 1 с отверстием под нарезание резьбы закрепляется на кронштейне 2 так, чтобы ось отверстия была соосна отверстию в пластине 3. Пластина является исполнительной опорой метчика 4. Хвостовик метчика 4 контактирует с квадратным отверстием сменного диска 5, на периферии которого установлен шкив 6, соединенный посредством тросика 7 с рычагом 8. На рычаге установлен подвижный груз 9.

 

Рис. 8. 3. Схема экспериментальной установки для исследования напряжений, возникающих при формообразовании внутренних резьб

 

Сменные диски 5 выполнены из плексигласа и имеют квадратные отверстия, соответствующие по форме квадратам хвостовиков метчика.

Модель 1, кронштейн 2, пластина 3, метчик 4, сменный диск 5 со шкивом 6 установлены в полярископе 10 с рабочим полем 125 мм, в котором источником монохроматического света служат натриевые лампы.

⇐ Предыдущая22232425262728293031Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: