Упругие деформации материалов

Изучение процессов деформации, возникающих при распространении возмущений через упругую преграду, является актуальным для оценки прочности различных технических объектов, определения их надежности и устойчивости к разрушениям. Данные исследования требуют привлечения сложных методов решения нестационарных задач механики. Для расчета конструкций необходимо представлять природу возникающих деформаций, учитывать не только физико-механические свойства материала и конструктивные формы элементов, но и особенности их напряженного состояния. Известны различные методы моделирования и аналитического расчета деформаций элементов сложной конструкции. Однако данная задача может быть существенно упрощена. Например, применением таких методов, как методы акустического приближения и минимизаций условий геометрического подобия модели и подобия нагрузки для исследуемых моделей. При этом указанные методы не позволяют получать пространственную картину деформации. Очевидно, что более полную картину исследуемых процессов можно получить, применяя оптические методы регистрации и визуализации деформаций, возникающих под действием периодической нагрузки в исследуемых элементах.

Изучена динамика данного процесса. Распространение возмущения в среде за экраном связано с ускорением последнего как единого целого и формируется в виде волны сжатия. При этом определяющее значение играет удельная масса экрана т = Р/h, где h -толщина экрана. Если экран каким-либо образом закреплен по периметру (является элементом конструкции), то при деформировании возникает восстанавливающее усилие, которое стремится вернуть его в исходное состояние, и он начинает колебаться относительно начального положения. Показано, что акустическое приближение справедливо для любой среды не только при условии малой интенсивности падающей волны. Отклонение реального процесса от акустического приближения в случае волны конечной интенсивности зависит от сжимаемости среды (в нашем случае воздушная среда).

Данная система оптического зондирования работает следующим образом. Опытный образец крепился в специальном держателе и освещался лучом лазера. Устройство крепления образца позволяло проводить сканирование лазерным лучом по его поверхности. Отраженный луч через систему зеркал и диафрагм регистрировался фотоприемником. Для регистрации отражения мы использовали осциллографическую методику. Вся система регистрации настраивалась в режиме стационарного положения образца. На фотоприемник отраженный луч не попадает. В этом случае сигнал на экране осциллографа отсутствует. В наших опытах параметры периодического сигнала, подаваемого на динамик регулировались в пределах: амплитуда – 0…30 В, частота – 3…450 Гц. При подаче переменного электрического сигнала на динамик происходит воздействие акустических волн на образец. Возникает периодическая деформация поверхности нашего образца, и соответственно происходит периодическое смещение отраженного луча. На фотоприемник поступает импульсный световой сигнал, который затем регистрируется осциллографической системой. На экране осциллографа отображается осциллограмма получаемого импульса, которая фотографируется при помощи цифрового фотоаппарата. На рис. 3 представлены фотографии осциллограмм импульсов, поясняющие работу нашей системы.

Для проведения экспериментов по определению объемных деформаций образца используется режим сплошной засветки образца лазерным излучением. Используемое лазерное излучение является поляризованным. На основе данной схемы был собран макет полярископа, работающего с использованием линейно поляризованного и эллиптически поляризованного света. Получаемые при деформации образца поляризационно-оптические картины регистрировались в проходящем свете при помощи цифрового фотоаппарата. В свободном состоянии используемый пластик является изотропным оптическим материалом.