Fotoelasticitet

Fotoelasticitet, fotoelastisk effekt, piezooptisk effekt - utseendet av optisk anisotropi i initialt isotropa fasta ämnen (inklusive polymerer) under inverkan av mekaniska påkänningar. Upptäckt av T. I. Seebeck (1813) och D. Brewster ( 1816 ). Fotoelasticitet är en konsekvens av beroendet av ett ämnes permittivitet på deformation och manifesterar sig i form av dubbelbrytning och dikroism , som uppstår under inverkan av mekaniska belastningar. Under enaxlig spänning eller kompression får en isotrop kropp egenskaperna hos en optiskt enaxlig kristall med en optisk axel parallell med spännings- eller kompressionsaxeln (se kristalloptik ). Under mer komplexa deformationer, till exempel under bilateral spänning, blir provet optiskt biaxiellt.

Fotoelasticitet orsakas av deformationen av elektronskalen hos atomer och molekyler och orienteringen av optiskt anisotropa molekyler eller deras delar, och i polymerer, av avlindningen och orienteringen av polymerkedjor. Fenomenologiskt (i en linjär approximation) beskrivs denna effekt som en förändring av koefficienterna för den optiska indikatorn , orsakad av deformation : ${\displaystyle \Delta B_{\lambda ))$ ${\displaystyle u_{\mu ))$

\Delta B_{\lambda }=\sum _{\mu =1}^{6}p_{\lambda \mu }u_{\mu },

var är komponenterna i fotoelasticitetstensorn. Här använder vi tensornotation med sexdimensionella index , = 1,2,...,6 enligt följande regel: at , at , d.v.s. ${\displaystyle p_{\lambda \mu ))$ $\lambda$ $\mu$ $\lambda =i=j$ $i=j$ $\lambda =9-ij$ $i\neq j$

$\lambda =1\högerpil xx,\ \\lambda =4\högerpil yz,$

$\lambda =2\högerpil åå,\ \\lambda =5\högerpil xz,$

$\lambda =3\högerpil zz,\ \\lambda =6\högerpil xy.$

Dessa notationer tar hänsyn till den interna symmetrin hos fotoelasticitetstensorn (som generellt sett är en rang fyra tensor ), indikatorn och töjningstensorn. I en linjär approximation kan förändringen i indikatorn räknas om till en förändring av permittivitetstensorn med hjälp av formeln

\Delta \epsilon _{ij}=-\epsilon _{ik}\Delta B_{kl}\epsilon _{lj},

Fotoelasticitet används vid studiet av spänningar i mekaniska strukturer, vars beräkning är för komplicerad. Studiet av dubbelbrytning under inverkan av belastningar i en modell gjord av ett transparent material (vanligtvis reducerat) av strukturen som studeras gör det möjligt att fastställa karaktären och fördelningen av spänningar i den (se Polarisation-optisk forskningsmetod ). Fotoelasticitet ligger till grund för interaktionen mellan ljus och ultraljud i fasta ämnen ( akusto-optisk effekt ).

Historik

Fenomenet fotoelasticitet beskrevs först av den skotske fysikern David Brewster. Fotoelasticitetsmetoden började utvecklas i början av 1900-talet av verk av EG Coker och LNG Filon från University of London. Deras "Treatise on Photoelasticity" publicerades 1930 av Cambridge Press och blev en klassiker. 1930-1940 publicerades många andra böcker om detta ämne på ryska, tyska och franska.

Samtidigt togs betydande steg i utvecklingen av detta område. Således förenklades tekniken och utrustningen som var nödvändig för experimentet. Med förbättringen av tekniken har fotoelasticitetsmetoden också utökats till ett tredimensionellt spänningstillstånd. Många praktiska problem har lösts med hjälp av fotoelasticitet, vilket har gjort metoden populär. Fotoelasticitetslaboratorier började dyka upp både i utbildningsinstitutioner och i industrin.

Med tillkomsten av digitala polariskop som använder lysdioder har kontinuerlig övervakning av strukturer under belastning blivit möjlig. Detta ledde till utvecklingen av dynamisk fotoelasticitet. Dynamisk fotoelasticitet har gjort ett stort bidrag till studiet av komplexa fenomen av förstörelse av material.

Applikationer

Effekten av fotoelasticitet används vid studiet av stressade tillstånd av strukturer . För att bygga modeller används oftast bakelit eller celluloid . Att mäta polarisationsvinkeln med ett polariskop [1] .

Se även

Anteckningar

↑ Dictionary of Cybernetics / Redigerad av V. S. Mikhalevich. - 2:a upplagan - K .: 1989. - 751 s., ISBN 5-88500-008-5

Litteratur

Balakshiy V. I., Parygin V. N., Chirkov L. E., Physical foundations of acousto-optics, - M .: Radio and communication, 1985.
D. Brewster, Experiment on the depolarization of light som uppvisas av olika mineral-, animal- och vegetabiliska kroppar med en hänvisning av fenomenen till den allmänna principen för polarisation, Phil. Tras. 1815, s. 29-53.
D. Brewster, Om överföringen av strukturen hos dubbelbrytande kristaller till glas, murite av soda, mjölspar och andra ämnen genom mekanisk kompression och utvidgning, Phil. Tras. 1816, s. 156-178.