3
ÚVOD DO FOTOELASTICIMETRIE JIR ˇ I ´ VRBA,PETR FRANTI ´ K 1 Tento text je určen posluchačům druhého ročníku stavební fakulty pro první seznámení s popisovanou experimentnální metodou. Výklad je proto maximálně zjednodušen. Podrobnější informace lze nalézt v citované literatuře, ze které tento text vychází. Objev fotoelasticimetricke ´ho jevu se pr ˇipi- suje D. Brewsterovi, ktery ´ v roce 1816 uve- r ˇejnil zpra ´vu o tom, z ˇe na skle pozorovane ´m v polarizovane ´m sve ˇtle, vznikly vlivem nape ˇtı ´ barevne ´ obrazce. Metoda se nejprve uplatnila pro vys ˇetr ˇova ´nı ´ okrajove ´ho nape ˇtı ´ na modelu u rovinny ´ch u ´ loh. V dals ˇı ´ch letech byl rozpra- cova ´ n postup pro kompletnı ´r ˇes ˇenı ´ napjatosti rovinne ´u ´ lohy. Aplikace te ´to metody je moz ˇna ´ i na model prostorove ´u ´ lohy, ale toto me ˇr ˇenı ´ je podstatne ˇ na ´ roc ˇne ˇjs ˇı ´. Lze vys ˇetr ˇovat u ´ lohy se staticky ´ m i dynamicky ´ m zatı ´z ˇenı ´m. V souc ˇasne ´ dobe ˇ se pouz ˇı ´va ´ take ´ reflexnı ´ metoda, ktera ´ umoz ˇn ˇuje me ˇr ˇenı ´ povrchove ´ho nape ˇtı ´ pr ˇı ´mo na skutec ˇne ´ konstrukci nanesenı ´m specia ´ lnı ´ la ´ tky na jejı ´ povrch a pozorova ´nı ´m odraz ˇene ´ho polarizovane ´ho sve ˇtla. Pro pochopenı ´ hlavnı ´ch principu ˚ je vs ˇak nejna ´zorne ˇjs ˇı ´ rovinna ´ fotoelas- ticimetrie, ktera ´ bude popsa ´na da ´ le. Tato metoda vyuz ˇı ´va ´ fyzika ´ lnı ´ho jevu, ktery ´ se nazy ´va ´ docˇasny ´ dvojlom. U opticky izotrop- nı ´ch materia ´lu ˚ docha ´zı ´ k doc ˇasne ´mu dvojlomu vnesenı ´m nape ˇtı ´. Dvojlom se projevı ´ rozkladem sve ˇtelne ´ho paprsku na dva paprsky, z nichz ˇ kaz ˇdy ´ se s ˇı ´r ˇı ´ jinou rychlostı ´ a kmita ´ v jine ´ ro- vine ˇ. Polariskop Pro me ˇr ˇenı ´ se pouz ˇı ´va ´ pr ˇı ´stroj, ktery ´ se na- zy ´va ´ polariskop, ktery ´ je sche ´maticky zna ´zor- ne ˇn na obr. 5. Skla ´da ´ se ze zdroje sve ˇtla, polariza ´toru a analyza ´ toru. Zdroj sve ˇtla mu ˚z ˇe poskytovat mo- nochromaticke ´ nebo bı ´le ´ sve ˇtlo. Monochroma- ticke ´ sve ˇtlo obsahuje pouze jednu frekvenc ˇnı ´ 1 Ing. Jir ˇı ´ Vrba, U ´ stav stavebnı ´ mechaniky FAST 1994- 2001, email: [email protected], Ing. Petr Frantı ´k, U ´ stav stavebnı ´ mechaniky FAST, email: [email protected] Obr. 1: Sche ´ma polariskopu sloz ˇku, pouz ˇı ´va ´ se napr ˇı ´klad sodı ´kova ´ lampa. Bı ´le ´ sve ˇtlo obsahuje vs ˇechny barevne ´ sloz ˇky. Polariza ´ tor i analyza ´ tor jsou opticke ´ filtry, ktere ´ usme ˇrn ˇ ujı ´ sve ˇtelne ´ paprsky bud’ do jedne ´ roviny nebo do dvou rovin vza ´ jemne ˇ kolmy ´ch. Prvnı ´ pr ˇı ´pad mu ˚z ˇe by ´ t realizova ´ n polarizac ˇnı ´m fitrem, ktery ´ propous ˇtı ´ pouze sve ˇtelne ´ paprsky kmitajı ´cı ´ v rovine ˇ kolme ´ na osu tohoto filtru. Tı ´m vznika ´ pr ˇı ´mkoveˇpolarizovane ´ sve ˇtlo. Kru- hoveˇpolarizovane ´ sve ˇtlo vznikne jako vy ´ sledek dvou pr ˇı ´mkove ˇ polarizovany ´ch navza ´ jem kol- my ´ch sve ˇtelny ´ch vln, ktere ´ majı ´ stejnou am- plitudu a frekvenci, ale jsou fa ´ zove ˇ posunute ´ o π/2. To lze prakticky realizovat vloz ˇenı ´m c ˇtvrt- vlnove ´ desky, ktera ´ ma ´ optickou osu pootoc ˇenu o 45 ◦ od opticke ´ osy polarizac ˇnı ´ho filtru. Prostor mezi polariza ´ torem a analyza ´ torem se nazy ´va ´ pracovnı ´ prostor polariza ´ toru. V ne ˇm je umı ´ste ˇn model a zate ˇz ˇovacı ´ ra ´m. Model je vy- roben ze specia ´ lnı ´ho materia ´ lu. Tento materia ´l musı ´ by ´t pru ˚ hledny ´, bez vnitr ˇnı ´ho pnutı ´, musı ´ mı ´t dostatec ˇnou optickou citlivost, vhodne ´ me- chanicke ´ vlastnosti (pevnost) a musı ´ u ne ˇj pla- tit u ´ me ˇrnost mezi mechanicky ´mi a opticky ´mi vlastnostmi. Pr ˇi vy ´robe ˇ modelu je nutne ´ zabra ´- nit vnesenı ´ vnitr ˇnı ´ho pnutı ´, ktere ´ mu ˚z ˇe vznik- nout nevhodny ´m opracova ´nı ´m. Určení izoklín a izochrom Pr ˇi me ˇr ˇenı ´ umı ´stı ´me pr ˇipraveny ´ model do pracovnı ´ho pole polariskopu a pomocı ´ zate ˇz ˇo- vacı ´ho ra ´mu ho zatı ´z ˇı ´me. Neusme ˇrne ˇne ´ sve ˇ- telne ´ paprsky ze zdroje procha ´zı ´ nejprve pola- riza ´ torem, ktery ´ je usme ˇrnı ´. Tyto usme ˇrne ˇne ´ paprsky da ´ le procha ´zı ´ zatı ´z ˇeny ´ m modelem. Zde
