А.В. КРАЙСКИЙ, Е.М. КУДРЯВЦЕВ, Т.В. МИРОНОВА, Т.Т. СУЛТАНОВ
advertisement
УДК 535(06)+004(06) А.В. КРАЙСКИЙ, Е.М. КУДРЯВЦЕВ, Т.В. МИРОНОВА, Т.Т. СУЛТАНОВ Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва ПРИМЕНЕНИЕ КОРРЕЛЯЦИОННОГО МЕТОДА ДЛЯ АНАЛИЗА ДЕФОРМАЦИЙ В ПРОЗРАЧНЫХ МАТЕРИАЛАХ Предложена схема визуализации упругих напряжений в прозрачных материалах по изменению оптического пути. Градиент оптического пути измерялся с помощью корреляционного метода. Модельный эксперимент проводился при различных конфигурациях поперечной статической нагрузки балки из оргстекла. Показано, что сечение поля смещений фоновой структуры соответствует эпюрам напряжений. Для процесса точечного нагрева кварцевого стекла проведено сравнение корреляционного метода с методом, основанным на эффекте фотоупругости. Исследуемый образец располагался на некотором расстоянии от случайного бинарного изображения, игравшего роль фоновой картины. При исследовании механических нагрузок один конец образца был зажат в тисках, другой конец нагружался. Делались пары фотографий фоновой картины сквозь образец – в свободном и нагруженном состояниях. Корреляционным методом [1,2] проводилось измерение сдвига фоновой картины при нагрузке. Получилось, что структура фона сдвигается в направлении, противоположном прилагаемой нагрузке, максимум сдвига в области закрепления образца. От точки закрепления до места приложения нагрузки сдвиг линейно убывает до нуля, в области, где образец не испытывает напряжений, сдвига фоновой картины нет. Место приложения нагрузки отслеживается четко, а величина сдвига фоновой картины пропорциональна приложенному весу и, следовательно, напряжениям в балке (рис. 1). Такой удобный способ визуализации напряжений оказывается возможным благодаря сравнительно низкому значению модуля упругости и большой величине коэффициента Пуассона для оргстекла, что приводит к заметной трапециевидности поперечного сечения балки при изгибающих нагрузках [3]. Для кварцевого стекла при такой же геометрии эксперимента сдвиг фоновой структуры на порядок меньше. Для сравнения корреляционного метода визуализации напряжений с методом, основанным на эффекте фотоупругости, были проведены измерения сдвига фоновой структуры в классическом демонстрационном эксперименте с точечным нагревом стекла. В процессе нагрева проявлялась характерная крестообразная структура прошедшего через поляроиды света. Для корреляционного анализа проводилась съемка такого же процесса нагрева стекла с искусственной спекл-картиной в качестве фонового изображения. В отличие от метода, основанного на эффекте фотоупругости, корреляционный метод дает информацию о параметрах исследуемого образца, приводящих к изменению оптического пути. Рис. 1. Дозированная нагрузка балки. Горизонтальная ось – координаты вдоль балки в пикселях, вертикальная ось – вертикальное смещение структуры фона. Кривые соответствуют различным нагрузкам – от 1 до 100 г Показано, что корреляционную обработку фоновых изображений можно использовать для визуализации механических и тепловых деформаций прозрачных твердых тел. В частности, при поперечных нагрузках балки сечение поля смещений фоновой структуры соответствует эпюрам напряжений при данной схеме нагрузки. Нужно также отметить, что корреляционный метод дает информацию о различиях между двумя состояниями объекта, что сразу исключает влияние остаточных напряжений, а также других добавочных деформаций (например, напряжений, возникающих при креплении исследуемой детали). Список литературы 1. Meier G.E.A. Hintergrund-Schlierenverfahren. Deutsches Patentamt DE1992856A1. 1999. УДК 535(06)+004(06) 2. Боркова В.Н., Крайский А.В., Миронова Т.В., Султанов Т.Т. Измерение градиентов оптической длины с помощью корреляционной обработки цифровых фотографий случайных картин. Краткие сообщения по физике ФИАН. 2006. №7. С.38-41. 3. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т.VII. Теория упругости. 2007.
