Fotoelasticidad

Fotoelasticidad, efecto fotoelástico, efecto piezoóptico : la aparición de anisotropía óptica en sólidos inicialmente isotrópicos (incluidos los polímeros) bajo la acción de tensiones mecánicas. Descubierto por T. I. Seebeck (1813) y D. Brewster ( 1816 ). La fotoelasticidad es una consecuencia de la dependencia de la permitividad de una sustancia de la deformación y se manifiesta en forma de birrefringencia y dicroísmo , surgiendo bajo la acción de cargas mecánicas. Bajo tensión o compresión uniaxial, un cuerpo isotrópico adquiere las propiedades de un cristal ópticamente uniaxial con un eje óptico paralelo al eje de tensión o compresión (ver óptica de cristal ). Bajo deformaciones más complejas, por ejemplo, bajo tensión bilateral, la muestra se vuelve ópticamente biaxial.

La fotoelasticidad es causada por la deformación de las capas de electrones de átomos y moléculas y la orientación de moléculas ópticamente anisotrópicas o sus partes, y en polímeros, por el desenrollamiento y orientación de cadenas poliméricas. Fenomenológicamente (en una aproximación lineal), este efecto se describe como un cambio en los coeficientes de la indicatriz óptica , causado por la deformación : ${\ Displaystyle \ Delta B_ {\ lambda}}$ ${\ Displaystyle u_ {\ mu}}$

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

donde son las componentes del tensor de fotoelasticidad. Aquí usamos notación tensorial con índices de seis dimensiones , = 1,2,…,6 de acuerdo con la siguiente regla: at , at , i.e. ${\ Displaystyle p_ {\ lambda \ mu}}$ $\lambda$ $\mu$ ${\ estilo de visualización \ lambda = i = j}$ $yo=j$ ${\ estilo de visualización \ lambda = 9-ij}$ $yo\neq j$

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

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

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

Estas notaciones tienen en cuenta la simetría interna del tensor de fotoelasticidad (que, en términos generales, es un tensor de rango cuatro ), la indicatriz y el tensor de deformación. En una aproximación lineal, el cambio en la indicatriz se puede recalcular en un cambio en el tensor de permitividad usando la fórmula

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

La fotoelasticidad se utiliza en el estudio de tensiones en estructuras mecánicas, cuyo cálculo es demasiado complicado. El estudio de la birrefringencia bajo la acción de cargas en un modelo de material transparente (normalmente reducido) de la estructura en estudio permite establecer la naturaleza y distribución de las tensiones en la misma (ver Método de investigación polarización-óptica ). La fotoelasticidad es la base de la interacción de la luz y el ultrasonido en los sólidos ( efecto acústico-óptico ).

Historia

El fenómeno de la fotoelasticidad fue descrito por primera vez por el físico escocés David Brewster. El método de la fotoelasticidad comenzó a desarrollarse a principios del siglo XX por los trabajos de EG Coker y LNG Filon de la Universidad de Londres. Su "Tratado sobre fotoelasticidad" fue publicado en 1930 por Cambridge Press y se convirtió en un clásico. En 1930-1940, se publicaron muchos otros libros sobre este tema en ruso, alemán y francés.

Al mismo tiempo, se dieron pasos significativos en el desarrollo de esta área. Así, se simplificó la técnica y el equipo necesario para el experimento. Con la mejora de la tecnología, el método de la fotoelasticidad también se ha extendido a un estado de tensión tridimensional. Muchos problemas prácticos se han resuelto utilizando la fotoelasticidad, lo que ha hecho que el método sea popular. Los laboratorios de fotoelasticidad comenzaron a aparecer tanto en instituciones educativas como en la industria.

Con la llegada de los polariscopios digitales que usan LED, se ha hecho posible el monitoreo continuo de estructuras bajo carga. Esto condujo al desarrollo de la fotoelasticidad dinámica. La fotoelasticidad dinámica ha hecho una gran contribución al estudio de fenómenos complejos de destrucción de materiales.

Aplicaciones

El efecto de la fotoelasticidad se utiliza en el estudio de estados tensionados de estructuras . Para construir modelos, la mayoría de las veces se usa baquelita o celuloide . Para medir el ángulo de polarización usando un polariscopio [1] .

Véase también

Notas

↑ Diccionario de Cibernética / Editado por V. S. Mikhalevich. - 2ª edición - K.: 1989. - 751 p., ISBN 5-88500-008-5

Literatura

Balakshiy V. I., Parygin V. N., Chirkov L. E., Fundamentos físicos de la óptica acústica, - M .: Radio y comunicación, 1985.
D. Brewster, Experimentos sobre la despolarización de la luz exhibida por varios cuerpos minerales, animales y vegetales con una referencia de los fenómenos al principio general de polarización, Phil. Tras. 1815, págs. 29-53.
D. Brewster, Sobre la comunicación de la estructura de cristales doblemente refractarios al vidrio, murita de soda, espato de harina y otras sustancias por compresión mecánica y dilatación, Phil. Tras. 1816, págs. 156-178.