МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ КАРТИН ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ ПОЛОС
13 августа 2010Тарасов П.В., Волохин В.А.
Научный руководитель: зав. лабораторией “Полимер”, д.т.н. С.М. Лебедев
ФГНУ “НИИ высоких напряжений Томского политехнического университета”,
г. Томск, пр. Ленина 2А;
Внутренние механические напряжения возникают при изготовлении конструкционных и изоляционных элементов из термопластичных материалов. Процесс формирования и распределения внутренних напряжений в элементах связан с рядом технологических факторов: термоусадкой полимера, скоростью охлаждения, наличием закладных деталей, направлением течения расплава, геометрией элемента и т.п. Изменение технологических параметров может значительно повлиять на эксплуатационные характеристики элемента. В связи с этим необходимо более глубокое исследование различных технологических факторов на образования остаточных напряжений.
Настоящая работа посвящена методике обработки картин интерференционных полос, полученных поляризационно-оптическим методом, и определением влияния направления течения расплава на картину интерференционных полос в образцах с электродной системой остриё-плоскость.
Поляризационно-оптический метод является наиболее удобным методом исследования остаточных деформаций оптически прозрачных полимеров, таких как: поликарбонат, полистирол, полиметилметакрилат.
В любой среде электромагнитную волну всегда можно представить в виде двух волн, плоско-поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях. В изотропной среде скорости обеих составляющих волн одинаковы, в анизотропной – эти скорости различны (кроме направлений вдоль оптических осей). Если среда обладает сильно выраженной анизотропией, то в этой среде можно наблюдать раздвоение преломленного луча. Один из лучей испытывает преломление даже в том случае, когда падающий луч нормален к поверхности. Поэтому он получил название необыкновенного. Второй луч ведет себя как обычно и называется обыкновенным. Коэффициент преломления обыкновенного луча в веществе является постоянной величиной, в то время как для необыкновенного он зависит от направления. Это явление, в котором проявляются анизотропные свойства вещества, называется двойным эллиптиче-
ским лучепреломлением, так как в общем случае поляризация обыкновенных и необыкновенных лучей эллиптическая. В том случае, когда поляризация этих лучей линейная, явление называют двойным линейным лучепреломлением, а когда круговая – двойным круговым лучепреломлением, или оптической активностью. Всякий луч, проходящий сквозь среду, может быть представлен в виде обыкновенных и необыкновенных лучей [1].
При деформировании элемента (модели) происходит изменение компонент диэлектрической проницаемости, и элемент становится оптически анизотропным, либо меняет степень оптической анизотропии. Поэтому плоско-поляризованные волны при прохождении через такой элемент получают сдвиг фаз или оптическую разность хода, величина которой зависит от напряженно-деформированного состояния элемента. Оптические разности хода по всему полю модели можно определить путем фотографирования картины полос [2].
Образцы для исследования получили методом литьевого прессования из поликарбоната. Были изготовлены 4 типа образцов с различным направлением течения расплава: а) вдоль иглы от плоскости к острию; б) вдоль иглы от острия к плоскости; в) поперек оси иглы; г) образец получали методом прямого прессования («без течения расплава»). Количество образцов в каждой партии не менее 20 шт. Скорость плавления и охлаждения для всех образцов была одинаковой.
Рис.2. Оптическая схема: 1 - источник света; 2 - поляризатор; 3 - система линз; 4 - образец; 5 - анализатор; 6 - экран. В работе использовали поляризационно-оптическую установку, схема которой представлена на рис.1. В оптической установке применялся источник белого света (1). Свет проходил через поляризатор (2), при этом
поляризация света становилась плоской или линейной. После чего свет пропускался через систему линз (3), на выходе из которых получали параллельный пучок света. Затем свет проходил сквозь образец (4), где состояние поляризации неким образом изменялось. После этого волна света пропускалась через систему линз (3) для увеличения изображения. Дальше волна проходила анализатор (5), скрещенный с поляризатором, и попадала на экран (6). Полученную картину полос снимали на цифровой фотоаппарат.
|
|
На рис.2 представлены типичные картины распределения изохром в зависимости от направления течения расплава. Как видно из фотографий, каждому направлению течения расплава соответствует своя картина полос, т.е. своя картина распределения внутренних механических напряжений.
|
а) |
|
б) |
Рис.2. Типичные картины полос: а) - направление течения расплава от плоскости к острию; б) – направление течения расплава от острия к плоскости; в) – направление течения расплава поперек оси иглы; г) образец получен методом прямого прессования («без течения»).
Рис.3. Картины полос у острия: а) – фотография интерференционных полос; б) – после обработки картины полос на ПК, где 1…20-номер полосы.
Так как дальнейшие исследования будут связаны с определением влияния остаточных механических напряжений на временные и пространственные характеристики дендрито-образования материалов в резконеоднород-ном поле, то наибольший интерес представляла область вблизи электрода-остриё. Поэтому были исследованы картины полос у острия, на конце которого формируется максимальная напряженность электрического поля. Для этой цели использовался микроскоп БИОЛАМ с поляризационной ячейкой и цифровым фотоаппаратом. Перед снятием картин полос производили оценку цены деления измерительной линейки на окуляре микроскопа, помещая вместо образца объект-микрометр с ценой деления 10мкм. Цена деления измерительной линейки на окуляре микроскопа 21,7мкм. После этого были сняты картины полос у острия (см. рис.3 а) во всех образцах.
Обработку картин полос осуществляли на персональном компьютере (ПК). С помощью программы AutoCAD обвели контуры полос, установили размер радиуса острия иглы, размеры и цветность изохром (рис.3.б). В таблице представлены цвет и размеры полос, где ri – условный радиус полосы; ri+1-ri – ширина полосы.
Таблица. Размеры полос.
|
ПОЛОСЫ |
rj,MKPI |
rM-r, ,MKPI |
Цветполосы |
|
0 |
9.21 |
0 |
|
|
1 |
15.22 |
6.01 |
светлорозовыи |
|
s |
19.66 |
4.44 |
светлозеленыи |
|
3 |
25.87 |
6.21 |
светлорозовыи |
|
4 |
31,66 |
5.79 |
светлозеленыи |
|
s |
39.13 |
7,47 |
светлорозовыи |
|
6 |
46.46 |
7.33 |
светлозеленыи |
|
7 |
54.16 |
7.7 |
светлорозовыи |
|
8 |
64,46 |
10.3 |
светлозеленыи |
|
9 |
76.24 |
11.78 |
светлорозовыи |
|
10 |
85.95 |
9.71 |
светлозеленыи |
|
11 |
99.74 |
13.79 |
светлорозовыи |
|
12 |
114.13 |
14.39 |
оветлозеленыи |
|
13 |
138.98 |
24.85 |
светлорозовыи |
|
14 |
169.64 |
30.66 |
зеленый |
|
15 |
210.14 |
40.5 |
розовый |
|
16 |
230.98 |
20.84 |
оранжевый |
|
17 |
284.55 |
53.57 |
зеленый |
|
18 |
329.68 |
45.13 |
сиолетовыи |
|
19 |
361.28 |
31.6 |
оранжевый |
|
SO |
430.69 |
69.4 |
желтый——I— |
На основании проведенной работы можно сделать вывод о влиянии направления течения расплава на процесс формирования внутренних механических напряжений в термопластах. Полученные данные планируется использовать при исследовании влияния остаточных механических напряжений на процесс зарождения и развития дендрита в рез-конеоднородном поле.
ЛИТЕРАТУРА:
1 Ландсберг Г.С. Оптика. М., изд-во «Наука»,1976г., 928с.
2. Поляризационно-оптические методы механики деформируемого тела. Александров А.Я., Ахметзянов М.Х., Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1973г., 576с.