6. METODA FOTOELASTIČNE OBLOGE

Za određivanje naprezanja na površinama stvarnih elemenata konstrukcija rabi se metoda fotoelastične obloge. Tanka folija fotoelastičnog materijala (debljine cca 1 mm), koja je s unutarnje strane premazana refleksijskim slojem (najčešće slojem aluminijske boje) nalijepi se na model ili element konstrukcije u neopterećenom stanju s ljepilom u koje je stavljen aluminijski prah. Nakon što se ljepilo osušilo, model se može opteretiti, a površinske deformacije modela prenose se s posredstvom ljepila na oblogu i u njoj izazivaju približno ravninsko stanje naprezanja. Ako se takav model promatra u refleksijskom polariskopu, slike 33 do 35, napregnuto stanje se manifestira pojavom linija izoklina i izokroma u oblozi, slike 36 do 38.

b)a)

Slika 33. Tipovi refleksijskih polariskopa: a) V-polariskop, b) T-polariskop

Izvedbe refleksijskih polariskopa koje se primjenjuju u eksperimentalne svrhe u laboratorijima i za rad na terenu na stvarnim konstrukcijama prikazane su na slikama 34.

(TIEDEMANN-SR Njemačka)

(Photolastic Division – Measurements Group Inc. – USA)

Slika 34. Slike refleksijskih polariskopa (V-tip) dviju firmi

β

reflektirajućisloj obloga

ispitivanakonstrukcija

izvorsvjetla

polarizator

λ/4 - pločaanalizator

λ/4 - ploča

kamera

β

n

t

αα

ββ

ho

upadnazrakasvjetla

reflektiranazraka

reflektirajućisloj

obloga

model(konstrukcija)

AC B

n

Slika 35. Prolaz svjetla kroz oblogu zalijepljenu na površinu modela kod V-tipa Glavna je razlika između fotoelastičnog modela i modela s fotoelastičnom oblogom u tome što kod klasičnog modela postoji stanje ravninskog naprezanja i deformacije su jednoliko raspoređene po debljini modela, a kod fotoelastične obloge deformacije se prenose s modela na oblogu i u izvjesnim slučajevima mogu znatno varirati po debljini obloge. Nejednolikost deformacija po debljini obloge može se smanjiti smanjivanjem debljine obloge, ali zbog osjetljivosti radi dobivanja fotoelastičnog efekta preporuča se obloga debljine 1..2,5 mm). Nedostaci koji utječu na točnost metode su sljedeći: 1. ojačanje modela oblogom, 2. nejednolikost raspodjele deformacija po debljini uslijed velikog gradijenta deformacija, 3. nejednolikost raspodjele deformacija po debljini uslijed zakrivljenja površine modela pod

opterećenjem, 4. nejednolikost deformacije obloge na rubu i u središnjem dijelu modela uslijed razlike

Poissonovih faktora modela i obloge (νm ≠ νο), 5. pojava dodatnih deformacija uslijed promjene temperature (αm ≠ αο).

Svi navedeni utjecaji, osim razlike Poissonovih faktora, mogu se zanemariti kad je debljina obloge mala, a djelomično ili potpuno uzeti u obzir pomoću korekcijskih faktora kad je debljina obloge veća. Ako je obloga dovoljno tanka i ako se navedeni utjecaji mogu zanemariti, razlika je glavnih naprezanja na površini izotropnog modela dana glavnom jednadžbom fotoelasticimetrije:

( )hfN

EE

211

o2o1m

o

m

om2m1

σσσννσσ ⋅

=−=++

− ,

gdje je ν Poissonov faktor, E modul elastičnosti, a indeks "m" odnosi se na model ili konstrukciju, indeks "o" na oblogu. U nazivniku glavne jednadžbe fotoelasticimetrije javlja se veličina 2h, jer svjetlo dvaput prolazi kroz debljinu obloge modela, slika 35. Metoda fotoelastične obloge ima u nekim slučajevima velike prednosti pred ostalim metodama eksperimentalne analize naprezanja. Obloga nalijepljena na kućišta motora, pumpi, nosivih i sličnih konstrukcija može dati uvid u površinska naprezanja ovih prostornih tvorevina, slike 36 do 38. Prednost je metode fotoelastične obloge pred metodom tenzometrije, što daje podatke za cijelo promatrano područje na modelu ili originalnoj konstrukciji, a ne samo za jednu točku.

(photos courtesy of Measurements Group Inc.)

Slika 36. Slike izokroma na fotoelastičnoj oblozi nosača vozila

(photos courtesy of Measurements Group Inc.) Slika 37. Slike izokroma u oblozi zalijepljenoj na površini kompozitnog materijala (lijevo),

na betonu (u sredini) i na drvetu (desno)

Slika 38.a) Slike izokroma (u bijelom svijetlu) u oblozi zalijepljenoj na površini ravnog štapa s eliptičnim otvorom, od ortotropnog kompozitnog materijala kod rastezanja,

gore – tamno polje, dolje – svijetlo polje

Slika 38.b) Slike izokroma (u monokromatskom svijetlu)u oblozi zalijepljenoj na površini ravnog štapa s eliptičnim otvorom, od ortotropnog kompozitnog materijala kod čistog

savijanja, gore – tamno polje, dolje – svijetlo polje