Поляризационно-оптический способ определения напряжений в образце

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 4 С 01 В 111 ЗСЕСОфТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРН Д ВТОРСЙОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 61) 83439021) 4081398/25-2822) 02.07.8646) 15,12.87. Бюл, Кф 4672) И.И,Афанасьев, Г.П.ЗуеваН.В.Ионина53) 531.781.2(088.8)56) Авторское свидетельство СССР834390, кл. С 01 В 11/18, 1979.54) ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ОПТИЧЕСКИЙ СПООБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ОБРАЗ57) Изобретение относится к опредению напряжений в прозрачных матеалах поляриэационно"оптическим метом, Цель изобретения - снижение трудоемкости и упрощение определения напряжений в образце. Образец просве чивают вдоль нормали к его поверхности и под углом к нормали, обеспечивающим прохождение просвечивающего светового пучка параллельно одному из главных направлений кристалличесо кой решетки при угле меньшем 45 и параллельно одной из главных плоскостей симметрии кристалла при углеОбольшем 45 , измеряют разность хода поляриэационных световых компонентов прошедших через образец, и параметр изоклины при каждом просвечивании и по этим данным определяют напряжения(4) б+ 1359 бИзобретение относится к определению напряжений в прозрачных материалах поляриэационно-оптическим методомо и является усовершенствованием изобретения по авт,св, В 834390.5Цель изобретения - снижение трудоемкости и упрощение определения напряжений в образце за счет уменьшения числа просвечиваний, ориентированных относительно граней, плоскостей симметрии образца и основных осей решетки кристалла.На фиг.1 приведена декартовая система координат П связанная с иссле дуемым образцом; на фиг,2 - взаимное положение системы главных кристаллографических осей образца Х;, системы координат У;, связанной с образцом, и системы координат 1 связанной с измерительным прибором-полярископом.Способ осуществляют следующим образом.Для произвольно ориентированной кристаллической пластинки вводят де картову систему осей (см. фиг.1), направляющие косинусы которой а " свяЦ эаны с угловыми параметрами ориентации образца Ч), О д =0 в системе главных кристаллографических осей Хф Хаф 30 Х матрицейсояРсовряюФя 1 п-яп а, = -я 1 п Р совч 0 (1)совФвпряпУв 1 п)сов/ Относительно этой матрицы определяют компоненты напряжений б и оптичес 351 кие величины при нормальном просвечивании. При наклонном просвечивании измеряемый образец поворачивают на некоторый уголи измеряют парамет ры двулучепреломления Йп -Йп и Йп, относительно осей 11 и 1 , связанных с измерительным прибором - поляриметром (см, фиг.2) и заданных матрицей45совхоз(р+) зг пасов(р Р) -з 1 п(9+8 Ь; Яс -З 11) 1) соз )созФз г.о(р+ф з иде га(р+/Ъ) соя(1 я+ направляющих косинусов в системе Р) главных осей кристалла. При плоскомГ напряженном состоянии ненулевыми будут три компонента напряжения(7 бгг и 51 о, которые связаны с параметрами двупреломления уравнениями эффекта фотоупругости пп-афпг55 н гг рб +р +р 2; (3) эАк 68 2где и - показатель преломления кристалла для длины волныиспользуемого излучения;( 1)Согласно (1): 1Р 1 2 С совг+- (1+соя 2 Ф)сояг (+)- вяпя гф)свая+2 в явям яяпя 11 я+1 р =- -С +-(1+соя 2 Ф-я 1 п 29 совг(+/3)12"в 1 п 4 фсевр 1+севя(р+)е) 1Р =- -вхп 4 Фсоврсоа+) Р -я з.п 49 соя (р+/)1Р 6 =Сгсов+в 1 п 211"соясов +,причем С =П 4 /А. Из выражений (5),видно, что Р , Р и Р не зависят отвещества кристалла и могут обращатьсяов нуль приФ =0 или +45 . Кроме того,Рз и Р =0 при О =90, а Р =О при о пс 90и 3=0,1Из уравнений (3) и (4) следует,что число неизвестных компонентов напряжений больше числа уравнений, Поэтому определение напряжений по урав"нениям (3) и (4) невозможно без привлечения каких-либо дополнительныхусловий эксперимента. Рассматривая выражения (5) Р и Р 4 ф мОжнО заиетитьф что 1"сли ) +3= =90, то Р =Р =О, Это позволяет из уравнения (4) определить 51 . Удовлет" ворить условию О +=90 можно, испольозуя наклонное просвечивание образца при подходящем угле=90 -о, зависящем от величины ориентирующего углаЕсли45 о, то поворот образца, вокруг оси Б на угол/3"/агсвпп 4 (90 -): соответствует направлению светового луча вдоль плоскости симметрии кристалла, параллельной плоскости кристаллографического куба (001). Из уравнения (4) получаем13596 ворота свет будет падать перпендикулярно плоскости куба (001). Однако оси 1, и 12 будут образовывать уголь с главными осями Х= 100 и Х =010, лежащими в плоскости (001). Повернем образец, находящийся в наклонном положении (под углом -,) вокруг оптической оси поляриметра, совпадающей с главной осью кристалла Хэ . наугол - ф, т.е, против часовой стрелки. В результате такого поворота плоскости пропускания скрещенных поляризаторов встанут параллельно Х, и Х Так как при этомо =г= О, то матрица Ь; , вычисленная согласно .(2), примет простой вид Р =- 48 хп 4 фсое14 1 0 0 Ь, О 1 0(15)20 0 0 1Подставляя значения а из (1) и Ь;иэ (15) в обобщенный алгоритм 11функций Фотоупругих постоянных полу 25чим для данного случая;Р = -(С +1)соз 2 фсовгг 2 а Р "- -(С +1)соя 2 Р12 2 2Р =-2 ехп 2 фсов р 30 4 89 соя 2 сов 2 фП,4 Чеп 2 зп 4 фсояг Р(1+совг ) А 3. 8 Пйп 7 П,АсояЧ о45 граничные условия для напряжений в данном случае не зависят от 40 способа определения напряжений и поэтому определяются по Формуле (14).Таким образом, для определения напряжений в образце измеряют углы ори-ентации его осей относительно основ ных осей решетки кристалла, просвечивают его поляризованньм светом вдольнормали к одной из его граней, подуглом к нормали меньшем 45 , совпаДающим с одной из осьовных осей ре шетки кристалла, и под углом к нормали большем 45 параллельно одной из9ОсновнБ 1 х плОскостей симметрии кристалла н измеряют при каждом просвечивании разность хода лучей и параметризоклиныеФ о р м у л а изобретения Определитель системы (19) - (20) Аранен в общем случае Б = - (С +1) 8 (С + 81 пг р) в пг -в п 2 О (1+132+сояг 2 Ф)-4 вапг 2 фсозг со 82 ф. (23) Он равен нулю при =ф =О, чего не может быть по условию постановки задачи. Следовательно, рассматриваемая система имеет решение(24)гг (Р 10 Р 1 )ф (25) Поскольку детерминанты Ь в (11) и (23) Функции параметров ориентации и постоянных кристаллов, то устойчиность решения систем (9), (10), (19) и (20) следует анализировать предварительно с целью решения вопроса О том, дает ли решение этих систем не" Обходимую точность. Как и в случае 68 6Р=Р; РБ=Сгсоз 2 фсов,(,6)При нормальном просвечивании вдольсогласно (1), Р, и Р могут бытьвычислены из (10 а)(18)ПйпдПдд соз 2 фДля определения 6 иб используем значения 6,2 согласно (18) . Для просвечивания образца при повороте на углы -ф и - и. и нормального просвечивания получим систему линейных уравнений; Р 611 +Р"Огг = 0 (19)(20)3в которых измеряемые величины, стоящие в правых частях уравнений (19) и (20), расчитывают по ФормулайО =1 Ъ С 082 Пдд+81 П 2 У (Пц,-П,г)А 829соя(Пйп П А, (21) Поляризационно-оптический способопределения напряжений в образце по8 8основных осей решетки кристалла, или . под углом к нормали большим 45 параллельно одной из основных плоскостей симметрии кристалла, и при каждом просвечивании измеряют параметр иэо.клины. х,ринетр оставитель Б.Евстратоехред М,Дидык Слиган орректор О,Кравц едак 6/,44 ТиВНИИПИ Государспо делам изоб 113035, Москва, Ж Зака ПодписР аж 677венного комитета етений и открыти 35, Раушская наб д. 4/5 раизводственно-полиграфическое предприят 7о 135966 авт. св. В 834390, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью снижения трудоемкости и упрощения, образец просвечивают вдоль нормали к одной5 из его граней под углом к нормали меньшим 45, совпадающим с одной изО жгород, ул. Проектная