Fotoelaszticitás

Fotoelaszticitás, fotoelasztikus hatás, piezo-optikai hatás - optikai anizotrópia megjelenése kezdetben izotróp szilárd anyagokban (beleértve a polimereket is) mechanikai feszültség hatására. T. I. Seebeck (1813) és D. Brewster ( 1816 ) fedezte fel . A fotoelaszticitás az anyag permittivitásának a deformációtól való függésének következménye, és kettős törés és dikroizmus formájában nyilvánul meg , amely mechanikai terhelés hatására jön létre. Egytengelyű feszítés vagy összenyomás hatására az izotróp test egy optikailag egytengelyű kristály tulajdonságait kapja , amelynek optikai tengelye párhuzamos a feszítési vagy kompressziós tengellyel (lásd kristályoptika ). Bonyolultabb alakváltozások esetén, például kétoldali feszültség hatására a minta optikailag biaxiálissá válik.

A fotoelaszticitást az atomok és molekulák elektronhéjának deformációja és az optikailag anizotróp molekulák vagy részeik orientációja, a polimerekben pedig a polimerláncok feltekeredése és orientációja okozza. Fenomenológiailag (lineáris közelítéssel) ezt a hatást az optikai indikátor együtthatóinak deformáció okozta változásaként írják le : ${\displaystyle \Delta B_{\lambda ))$ ${\displaystyle u_{\mu ))$

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

hol vannak a fotoelaszticitási tenzor összetevői. Itt tenzorjelölést használunk hatdimenziós indexekkel , = 1,2,…,6 a következő szabály szerint: at , at , azaz. ${\displaystyle p_{\lambda \mu ))$ $\lambda$ $\mu$ $\lambda =i=j$ $i=j$ $\lambda =9-ij$ $i\neq j$

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

$\lambda =2\rightarrow yy,\ \ \lambda =5\rightarrow xz,$

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

Ezek a jelölések figyelembe veszik a fotoelaszticitási tenzor (amely általában véve egy négyes rangú tenzor ), az indikátor és a deformációs tenzor belső szimmetriáját. Lineáris közelítésben az indikátor változását a képlet segítségével átszámolhatjuk a permittivitás tenzor változásává

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

A fotoelaszticitást a mechanikai szerkezetek feszültségeinek vizsgálatára használják, amelyek kiszámítása túl bonyolult. A vizsgált szerkezet átlátszó anyagából (általában redukált) készült modellben a terhelések hatására bekövetkező kettős törés vizsgálata lehetővé teszi a benne fellépő feszültségek természetének és eloszlásának megállapítását (lásd Polarizáció-optikai kutatási módszer ). A fotoelaszticitás a fény és az ultrahang kölcsönhatásának hátterében áll szilárd anyagokban ( akusztikus-optikai hatás ).

Történelem

A fotoelaszticitás jelenségét először David Brewster skót fizikus írta le. A fotoelaszticitás módszerét a 20. század elején kezdték el kifejleszteni EG Coker és LNG Filon, a Londoni Egyetemről származó munkái. "Treatise on fotoelaszticitás" 1930-ban jelent meg a Cambridge Press gondozásában, és klasszikussá vált. 1930-1940-ben sok más könyv is megjelent e témában orosz, német és francia nyelven.

Ugyanakkor jelentős lépések történtek e terület fejlesztésében. Így a kísérlethez szükséges technika és felszerelés leegyszerűsödött. A technológia fejlődésével a fotoelaszticitás módszerét háromdimenziós feszültségállapotra is kiterjesztették. Sok gyakorlati problémát sikerült megoldani a fotoelaszticitás segítségével, ami népszerűvé tette a módszert. A fotoelaszticitási laboratóriumok mind az oktatási intézményekben, mind az iparban megjelentek.

A LED-eket használó digitális polariszkópok megjelenésével lehetővé vált a terhelés alatti szerkezetek folyamatos monitorozása. Ez a dinamikus fotoelaszticitás kialakulásához vezetett. A dinamikus fotoelaszticitás nagymértékben hozzájárult az anyagok pusztulásának összetett jelenségeinek vizsgálatához.

Alkalmazások

A fotoelaszticitás hatását a szerkezetek igénybevett állapotának vizsgálatára használják . A modellek készítéséhez leggyakrabban bakelit vagy celluloidot használnak . A polarizáció szögének mérése polariszkóp segítségével [1] .

Lásd még

Jegyzetek

↑ Kibernetikai szótár / Szerk.: V. S. Mikhalevich. - 2. kiadás - K .: 1989. - 751 p., ISBN 5-88500-008-5

Irodalom

Balakshiy V. I., Parygin V. N., Chirkov L. E., Az akusztooptika fizikai alapjai, - M .: Rádió és kommunikáció, 1985.
D. Brewster, Kísérletek a fény depolarizációjára, ahogyan azt különféle ásványi, állati és növényi testek mutatják, a jelenségek a polarizáció általános elvére való hivatkozással, Phil. Tras. 1815, 29-53.
D. Brewster: A kétszeresen megtörő kristályok szerkezetének kommunikálása üveggel, szódabikarbónával, lisztsparóval és más anyagokkal mechanikai összenyomással és tágítással, Phil. Tras. 1816, 156-178.