Współczesne metody badań doświadczalnych w mechanice ciała stałego

M E C H AN I K A TEORETYCZN A I STOSOWAN A 4, 21 (1983)

WSP Ó Ł C Z E SN E M E T O D Y BAD AŃ  D O Ś WI AD C Z ALN YCH W M E C H AN I C E CIAŁA ST AŁ E G O

MAREK  B I J A K - Ż O C H  O W S K I

Politechnika W arszawska

JACEK  K AP K O W S K I I

Instytut Mechanizacji Budownictwa

N a począ tku lat siedemdziesią tych progn ozowan o, że w wyniku ż ywioł owego rozwoju techniki komputerowej badan ia doś wiadczalne sprowadzone zostan ą  na bardzo ograni-czone pole dział ania. Okazał o się , że metody kom puterowe n ie tylko nie wyeliminował y technik eksperymentalnych, ale same przyczynił y się  do ich udoskonalenia i dalszego szyb-kiego rozkwitu. W wielu przypadkach poł ą czenie aparatury doś wiadczalnej z systemem komputerowym stworzył o nowe narzę dzie o prawie nieograniczonych moż liwoś ciac h w za-kresie doś wiadczalnej analizy naprę ż eń i odkształ ceń.

N owoczesne metody eksperymentalne stosowane są  n adal —- jako ostatecznie weryfiku-ją ce obliczenia- —'do badan ia wielkich systemów konstrukcyjnych (statków, sam olotów, tam, reaktorów atomowych itd.), zarówno w procesie m ontażu jak i kon troli eksploatacyj-nej, czy kontroli jakoś ci.

Szerokim obszarem zastosowania metod doś wiadczalnych jest badanie, problem ów pod-stawowych, szczególnie takich jak duże odkształ cenia konstrukcji, propagacji fal n aprę ż eń i odkształ ceń, zmę czenia i zniszczenia konstrukcji, czy zachowania się  m ateriał ów o n ie-liniowej charakterystyce lub z niejednorodnoś ciami. Tych zagadnień i wielu in n ych proble-mów mechaniki ciał a odkształ calnego nie moż na rozwią zać n a obecnym poziom ie wiedzy bez zastosowania analizy doś wiadczalnej.

W artykule tym przedstawiono przeglą d najbardziej rozpowszechnionych nowoczes-nych metod doś wiadczalnych, stosowanych w mechanice ciał a stał ego. Aby n ie rozbudowy-wać zbytnio obję toś ci opracowania dokon an o pewnej selekcji. Szerzej opisan o jedyn ie te, które zdaniem autorów rokują  najwię ksze nadzieje jeś li chodzi o ich dalszy rozwój. Wy-odrę bniono kilka grup m etod: bardziej uniwersalne bazują ce na wykorzystan iu tych sa-mych zjawisk fizycznych i dość wą sko wyspecjalizowane sł uż ą ce do rozwią zywania okreś lo-nych problemów badawczych.

Autorzy mają  ś wiadomość tego, że n a dokon an y przez n ich podział  i wybór mia'ty także wpł yw ich wł asne preferencje i kompetencje.

680 M. BIJAK- Ź OCH OWSKI, J. KAPKOWSKI Metody polaryzacyjno- optyczne

W obecn ym stadium rozwoju metody polaryzacyjno- optyczne osią gnę ł y bardzo wysoki stopień uż ytecznoś ci w badan iach stosowanych. D otyczy to zarówno techniki transmisyjnej (klasyczn a elastooptyka —b a d a n i a modelowe) jak i refleksyjnej (metoda elastooptycznej warstwy powierzchniowej — badan ia n a rzeczywistych kon strukcjach). Techniki te wy-korzystywan e są  również do badań podstawowych poza tradycyjnymi dziedzinami zastoso-wań . M o ż na tu przykł adowo wymienić prace z zakresu modelowania materiał ów kompozy-towych przy pom ocy tworzyw optycznie czynnych z odpowiednio dobranym i zbrojeniami

[1], M et o d a warstwy optycznie czynnej znajduje zastosowanie w badan iach procesów ob-róbki plastycznej [2], czy też ostatn io coraz czę ś ciej w doś wiadczeniach z zakresu mecha-niki pę kan ia [3].

N ie należy jedn ak są dzić, że metody polaryzacyjno- optyczne stanowią  zamknię ty te-m at. M oż na wyróż nić dwa zasadnicze kierun ki, w których prowadzon e są  obecnie badania mają ce n a celu rozwijanie i udoskonalenie tych metod. Pierwszym jest opracowywanie nowych techn ik pom iarowych, polegają cych czę sto n a jednoczesnym wykorzystaniu innych zjawisk fizycznych. Oprócz tego zasadniczego kierunku rozwojowego obserwuje się  dą ż enie do udoskon alen ia tradycyjnych technik pomiarowych. Chodzi o zwię kszenie dokł adnoś ci pom iarów oraz o jak najdalej posunię tą  ich automatyzację  czę sto z wykorzystaniem kom-puterów d o analizy wyników.

Jeż eli chodzi o nowe techniki pom iarowe daje się  zaobserwować dą ż noś ć do wykorzys-t an ia ć do wykorzys-t akich zjawisk jak dwójł omność w polu elekć do wykorzys-trycznym (efekć do wykorzys-t Kerra), dwójł omnoś ć' w polu m agn etyczn ym , skrę cenie pł aszczyzny polaryzacji w polu magnetycznym (efekt F aradaya) . Klasyczn ym przykł adem wykorzystania tego rodzaju zjawisk są  propozycje

Polaryzator Laser Pryzmat integrują cy Zespól-  analizatora Kamera rejestrują ca Zespół polaryzatora Model

M E T O D Y BAD AŃ  D OŚ WI AD C Z ALN YCH 681 Abena, w których wprowadzenie sztucznego obrotu gł ównych pł aszczyzn polaryzacji po-zwala badać trójwymiarowe stany naprę ż eń w polaryskopie transmisyjnym. Moż na tego dokonać przez stosowanie modeli o uprzednio zamroż onych polach naprę ż eń, albo też przez zastosowanie silnych pól magnetycznych. Tego rodzaju technikę  pomiarową  nazwano

elastooptyką  całkową . Uwzglę dnienie efektu Faradaya doprowadził o do opracowania

podstaw magnetoelastooptyki i zbudowania magnetopolaryskopu [4], Przy wykorzystaniu elastooptyki całkowej uzyskano szereg wartoś ciowych wyników w badaniach pł yt, powł ok, ciał  osiowo- symetrycznych [5], a także w badaniu kryształ ów [6].

i //W)\\

\\f

/~\

Rys. 2. Tarcza koł owa ś ciskana wzdł uż ś rednicy: a) izochromy m; b) izodyny S_x, c) izodyny S,

Jednym z etapów rozwoju metody elastooptycznej są  badania modeli w ś wietl e rozpro-szonym. Technika ta znana od 1938 roku nie doczekał a się  jednak szerszego zastosowania. Stało się  tak z tego powodu, że nie był  znany dokł adny analityczny opis zjawiska rozpro-szenia ś wiatł a, a ponadto koniecznym był o stosowanie skomplikowanej i bardzo kosztow-nej aparatury. W ostatnich latach rozwinię to pewną  szczególną  odmianę  badań elasto-optycznych w ś wietle rozproszonym nazwaną  metodą  izodyn. W pracy opublikowanej w 1973 roku PINDERA i STRĄ KA [7] zaproponowali zastosowanie tzw. pryzmatu integru-ją cego przykł adanego do powierzchni modelu badanego w polaryskopie transmisyjnym

(rys. 1). Pryzmat zwią zany jest z dodatkowym ź ródł em ś wiatła spójnego. Analizują c wią zki ś wiatła S_l i S₂ otrzymuje się  informacje o róż nicy naprę ż eń a_y— a_z, a w przypadku pł

askie-go stanu naprę ż eń daje to moż liwość bezpoś redniego wyznaczenia naprę ż eń a_y

. Przesuwa-ją c pryzmat wraz z jego ź ródł em ś wiatła w kierunku osi j> i dokonują c ekspozycji na tym samym filmie otrzymuje się  w ten sposób peł ny obraz linii nazwanych, izodynami. N azwa ta pochodzi stą d, że jak udowodniono w pracy MAZURKIEWICZA i PINDERY [8] są  to linie,

682 M. BIJAK- 2OCH OWSKI, J. KAPKOWSKI

które w obszarze modelu wyznaczają  stał ą  wartość obcią ż enia, prostopadł ego do kierunku wią zki ś wiatł a, zsumowanego na odcinku od brzegu modelu do rozpatrywanej izodyny. Wykonują c analogiczny jak poprzednio pomiar pryzmatem skierowanym wzdłuż osi y uzyskuje się  informacje o wartoś ci ax

. Wraz z obrazem izochrom otrzymanych w zasad-niczym ukł adzie polaryskopu jest to peł ny zestaw informacji potrzebnych do wyznaczenia rozkł adu naprę ż eń w modelu. N a rysunku 2 zaczerpnię tym z pracy [9] pokazano przykła-dowo komplet danych uzyskanych metodą  izodyn dla tarczy koł owej ś ciskanej wzdłuż ś rednicy koł owej. Metoda izodyn nadaje się  szczególnie do analizy pola kontaktu [8]. Ostatnio prowadzone są  badania mają ce na celu zastosowanie metody izodyn do badań dynamicznych [9].

L

Rys. 3. Schemat polaryskopu holograficznego: L — laser, P •— pł ytka fazowa, F — filtr przestrzenny, D  — dzielnik wią zki, Z — zwierciadł o, A—diafragm a,  Sl ;S2 — soczewki, E —ekr a n rozpraszają cy,

H  — pł yta holograficzna

Osobnym zagadnieniem w metodzie ś wiatła rozproszonego jest dobór odpowiednich materiał ów modelowych. Wykonywane są  badania mają ce na celu opracowanie receptur materiał ów wykazują cych duży efekt rozproszenia przy wymaganym efekcie dwojłomnoś ci wymuszonej. Jak wykazują  dotychczasowe wyniki najodpowiedniejszym dodatkiem do ż ywic epoksydowych podwyż szają cych efekt rozproszenia są  krzemionki koloidalne mody-fikowane [10].

N owoczesnym narzę dziem doś wiadczalnej analizy naprę ż e

ń jest elastooptyka hologra-ficzna. Oprócz danych uzyskiwanych w klasycznym polaryskopie, w ukł

adzie holograficz-nym, którego schemat [11] pokazano na rys. 3 otrzymuje się  izopachy, które pozwalają okreś lić sumę  naprę ż eń gł ównych. Jest to wię c peł ny zestaw danych umoż liwiają c y wyzna-czenie pola naprę ż eń w badanym modelu. Wadą  tego ukł adu jest to, że hologram przedsta-wia nał oż one na siebie izochromy i izopachy, które czę sto trudne są  do rozróż nienia. D latego też prowadzone są  prace mają ce na celu zwię kszenie kontrastu izochrom. Stosuje się  dwukrotną  ekspozycję  hologramu przy równych co do wielkoś ci, lecz róż noimiennych (np. rozcią ganie i ś ciskanie) obcią ż eniach. Inny wariant to wprowadzenie wstę pnego obcią -ż enia modelu [12], co daje efekt pokazany na rys. 4. Lewa fotografia (a) przedstawia same izochromy przy obcią ż eniu wstę pnym, prawa (c) izochromy przy obcią ż eniu trzykrotnie

M E T O D Y BAD AŃ  D OŚ WI AD C Z ALN YCH ₆₈₃

wyż szym. N a ś rodkowej fotografii (rys. 4b) widać zarówno izochromy (ciemniejsze) ja k i izopachy. W 1974 roku zbudowano ukł ad pozwalają cy dokonywać odczytu w czasie rze-czywistym [13]. Przyrzą d t en nazwany polaryskopem holograficznym róż ni się  o d ukł adu z rys. 3 ustawieniem za hologram em n a drodze wią zki przedmiotowej dodatkowego ukł adu analizatora, a zamiast pł yty hoł ograficznej uż ywa się  hologram u wykon an ego dla m odelu nieobcią ż onego. Interesują cym rozwinię ciem elastooptyki hoł ograficznej jest warstwicowa-nie imersyjne [14], które może być zastosowane zarówn o do badań pł askich m odeli elasto-optycznych jak i pł ytek z zamroż onymi odkształ ceniami wycię tych z modeli trójwym iaro-wych.

a) b) c)

Rys. 4. Obrazy izochrom i izopach otrzymane przy zastosowaniu elastooptyki hoł ograficznej

a) b)

684 M . BU AK- Ź OCH OWSKI, J. KAPKOWSKI Ź ródło ś wiatła białego Polaryzator Model Analizator /  Fotokomórka

GenGrator foli sinusoidalnej . i Róż nica faz okreś lają c_{parametr izokliny. '} a

Ź ródł-o ś wiatła białego 'Polaryzator Analizator Fotokomórka Elektroniczny detektor szczytowy Filtr dwukolorowy Kompensator kołowy Przetwornik analogowo- cyfrowy Odczyt rzę du izochromy J- 1.7B Rząd izochromy - 10 - 5 ₊₁₀ Rys. 6. U kł ad polaryskopu z automatycznym odczytem wyników: a) pomiar parametru izokliny, b) pomiar rzę du izochromy

N iezależ nie od opisanych wyż ej nowych technik pomiarów polaryzacyjno- optycznych prowadzone są  prace nad udoskonaleniem metod tradycyjnych. W pierwszej kolejnoś ci należy tu wymienić te, które mają  na celu zwię kszenie dokł adnoś ci pomiarów. W celu „ wyostrzenia" obrazu izochrom stosuje się  specjalną  obróbkę  chemiczną  czarno- białych

METODY BADAŃ  DOŚ WIADCZALNYCH  ' 685

negatywów nazwaną  ekwidensytometrią  (wyznaczenie linii stał ego zaczernienia negatywu) [15]. Efekt tej operacji widać na rys. 5, zaczerpnię tym z pracy [16], w której przeprowadzo-no także analizę  bł ę dów techniki ekwidensymetrycznej. Wyznaczenie uł amkowych rzę dów izochrom, a wię c zagę szczenie obrazu izochrora jest tematem pracy [17] gdzie autor wy-korzystał  analizę  spektralną , oraz pracy [18], w której zastosowano specjalny przetwornik optyczno- elektroniczny do pomiaru natę ż enia ś wiatła wychodzą cego z polaryskopu. W me-todzie tej przeprowadza się  pomiary punktowe analogiczne do pomiarów przy uż yci u kon-wencjonalnego kompensatora.

Automatyzacja badań polaryzacyjno- optycznych obejmuje z jednej strony budowę automatycznych systemów do analizy danych otrzymywanych z polaryskopów konwencjo- nalnych, a z drugiej opracowanie nowych polaryskopów z automatycznym odczytem da-nych. Poł ą czenie tych dwóch rozwią zali daje w peł ni zautomatyzowany proces badań. Automatyczna obróbka danych może być przeprowadzona przez analizowanie obrazów w czasie rzeczywistym za pomocą  techniki telewizyjnej [19] albo metodą  fotoelektryczną [20]. Techniki te moż na stosować także do analizy obrazów izoklin i izochrom zarejestro-wanych fotograficznie. Otrzymane wyniki analizy są  nastę pnie wprowadzone do kompute-ra, który dokonuje rozdzielenia naprę ż eń przy uż yciu jednej ze znanych metod [20] [21]. Czę sto stosuje się  tu dyskretyzację  badanego obszaru trójką tnymi elementami skoń czonymi [22] [23]. Aby przystosować technikę  pomiarową  do automatycznej obróbki danych, reali-zowanych jest szereg prac peryferyjnych jak np. [24], w której podano uogólnienie techniki skoś nego prześ wietlenia w metodzie warstwy elastooptycznej, co pozwala unikną ć kł opotli-wego ustawiania modelu w kierunkach gł ównych.

Przechodzą c do omówienia idei budowy automatycznego polaryskopu należy w pierw-szym rzę dzie wymienić koncepcję  podaną  w pracy [25], która przewiduje osobne ukł ady optyczno- mechaniczno- elektroniczne do pomiarów parametru izokliny (rys. 6a) i rzę du izochromy (rys. 6b). Autorzy podają , że dokł adnoś ci wynoszą  ±  0,2° jeż el i chodzi o parametr izokliny, oraz ± 0,01 przy pomiarze rzę du izochromy. Nieco inne koncepcje i rozwią -zania konstrukcyjne polaryskopu z automatycznym odczytem danych podają  prace m.in.

[26] i [27]. Wniektórych z nich wykorzystuje się  dodatkowe efekty jak np. wprowadzenie pola magnetycznego podobnie jak w elastooptyce cał kowej.

Inne optyczne metody badań

Wś ród metod doś wiadczalnych, które w ostatniej dekadzie znalazł y zastosowanie w mechanice ciał a stał ego interferometria holograficzna jest tą , która wykazuje najwię ksze tendencje rozwojowe. Stanowi ona niezwykle dokł adne narzę dzie badawcze wykorzystywa-ne zarówno w elastooptyce holograficznej jak i do pomiaru przemieszczeń konstrukcji. Elastooptykę  holograficzna opisano poprzednio, tak wię c poniż ej omówione zostaną  ostat-nie osią gnię cia interferometrii holograficznej w badaniach przemieszczeń, czy wprost kształ tu konstrukcji.

Na począ tku należy wymienić prace, które mają  na celu przystosowanie metody inter-ferometrycznej do badania rzeczywistych konstrukcji. Okazuje się , że wysoka dokł adność metody może być przeszkodą  w badaniach przemieszczeń konstrukcji, zwł aszcza jeś

li ba-686 M . BU AK- Ż OCH OWSKI, J. KAPKOWSKI

Rys. 7. Schemat ukł adu do warstwicowania powierzchni rozpraszają cej ś wiatł o: L — laser, R — rozsze-rzacz wią zki, D  — dzielnik wią zki, Z — zwierciadł o, M — model w naczyniu z cieczą  imersyjną , H  — pł yta

holograficzna

dana powierzchnia rozprasza ś wiatł o. Zastosowanie techniki imersyjnej pozwala wykony-wać dwuwymiarowe mapy warstwicowe tego rodzaju powierzchni [28]. W badaniach tych uź 3'to alkoholu etylowego oraz mieszaniny tego alkoholu z wodą  jako cieczy imersyj-nych. Odpowiedni dobór skł adu mieszaniny pozwala zmieniać odległ ość warstwie w grani-cach od uł amka milimetra do kilku milimetrów. Schemat ukł adu holograficznego przedsta-wiono na rys. 7. Metoda imersyjną  może być zastosowana zarówno do badania powierzchni rozpraszają cej ś wiatło jak i do badania obiektów przezroczystych.

W cią gu kilku ostatnich lat interferometria holograficzna został a z powodzeniem zasto-sowana do badania drgań tarcz wirują cych o kształ cie koł owym. Uzupeł nienie ukł adu inter-ferometru o tzw. derotator, czyli urzą dzenie eliminują ce na drodze optycznej obrót tarczy, pozwala otrzymać mapy warstwicowe powierzchni tarczy podczas drgań. N a rysunku 8 zaczerpnię tym zpraay [24] przedstawiono hologramy obrazują ce postacie drgań tarczy dla róż nych prę dkoś ci obrotowych. W dalszym rozwinię ciu [30] metoda ta pozwala przepro-wadzić analizę  drgań wirują cej tarczy w czasie rzeczywistym przy uż yciu lasera argonowego o dział aniu cią gł ym, zamiast jak poprzednio lasera impulsowego.

N iezależ nie od rozwoju samej aparatury badawczej, obserwuje się  dą ż noś ć do uprosz-czenia procesu analizy wyników otrzymywanych metodą  interferometryczną . Geometrycz-ne podejś cie do analizy map warstwicowycli przedstawia praca [31], natomiast w pracy [32]

METODY BADAŃ  DOŚ WIADCZALNYCH 687

Rys. 8. H ologramy przedstawiają ce postacie drgań tarczy dla róż nych prę dkoś ci obrotowych: a) liczba obrotów n -  4440 obr/ min, czę stość drgań  / =  202 H z, b) n =  2740 obr/ min.,  / =  51 H z, c) « =  2020 obr/ m in ., / =  399 H z, d) n = 7920 obr/ m in, ./  =  1155 H z, e) n =  3910 o br/ m in ., / =  1193 H z, f) =  4140

o br / m in . , / =  937 H z

zaproponowano metodę  róż niczkowania obrazów interferometrycznych w celu otrzymania wielkoś ci wystę pują cych w mechanice konstrukcji. Prace tego rodzaju czę sto prowadzą  do opracowania nowych ukł adów rekonstruują cych hologram.

Próbę  zbudowania dokł adnego modelu matematycznego hologramu F resnela podano w pracy [33]. Zastosowanie tego opisu może doprowadzić do optymalnego wykorzystania holografii jako metody badawczej.

Zastosowanie laserów jako ź ródła ś wiatła pozwolił o opracować jeszcze jedną  metodę pomiarów odkształ ceń konstrukcji tzw. interferometrię  plamkową . Wykorzystuje się  w niej ziarnistą  strukturę  ś wiatła laserowego rozproszonego przez mikronierównoś ci powierzchni badanego obiektu. Rejestracji obrazu dokonuje się  drogą  podwójnej ekspozycji na pł ycie o emulsji drobnoziarnistej. Tak zarejestrowany obraz interferencyjny podlega rekonstrukcji metodami polowymi lub punktowymi. Jeden z wariantów rekonstrukcji polowej umoż liwia-ją cy pomiar skł adowych przemieszczenia liniowego lub ką towego punktów powierzchni badanego obiektu przedstawiono w pracy [34]. W pracy [35] podano teorię  i praktykę rekonstrukcji punktowej obrazu plamkowego. Najważ niejszą  zaletą  interferometrii plam-kowej w stosunku do interferometrii holograficznej są  zmniejszone wymagania w zakresie stabilnoś ci ukł adu rejestrują cego.

Moż liwoś ci interferometrii plamkowej są  szerokie i jak się  przewiduje [36] może ona znaleźć zastosowanie w nastę pują cych obszarach mechaniki doś wiadczalnej:

— analiza pł askiego stanu naprę ż eń — badanie ugię ć pł yt

— analiza drgań

— analiza trójwymiarowego stanu naprę ż eń.

688 M . BlJAK- Ż oCHOWSKI, J. KAPKÓWSKi

N a rysunku 9 przedstawiono dla ilustracji obrazy plamkowe propagacji linii stał ych ką tów ugię cia utwierdzonej pł yty koł owej poddanej obcią ż eniu udarowemu w ś rodku. Rejestracji dokonano przy pomocy lasera impulsowego. Systematykę  poszczególnych technik pomiaro-wych w interferometrii plamkowej wraz z przykł adami zastosowań podano w opracowaniu PARKSA [37].

Rys. 9. Linie stał ych ką tów ugię cia pł yty koł owej otrzymane metodą  interferometrii plamkowej. [36] N a zakoń czenie opisu współ czesnych metod optycznych stosowanych w badaniach doś wiadczalnych należy wspomnieć o metodzie mory, w której co prawda nie obserwuje się nowoś ci w sensie metodologicznym, ale dotychczasowe techniki są  udoskonalane. W pierw-szym rzę dzie dotyczy to bardziej precyzyjnej analizy obrazów interferencyjnych w celu zwię kszenia dokł adnoś ci pomiarów i to zarówno obrazów zarejestrowanych fotograficznie jak i obserwowanych w czasie rzeczywistym. Podstawową  jest technika filtracji przestrzen-nej [38], która pozwala podwyż szyć wartość i jakość pomiarów.

Oddzielnym zagadnieniem jest obróbka danych doś wiadczalnych, a w szczególnoś ci róż niczkowanie warstwicowych map morowych w celu uzyskania odkształ ceń. Z reguły stosuje się  tu technikę  komputerową . N iektórzy autorzy [39] wykorzystują  metodę  róż nic skoń czonych. W ostatnim czasie rozpowszechnił a się  metoda funkcji sklejanych sł uż ą ca do aproksymacji danych dyskretnych wzię tych z map warstwicowych [40]. Przeprowadza się także próby wprowadzenia techniki telewizyjnej do róż niczkowania map warstwicowych [41] na drodze elektronicznej analizy i przetwarzania obrazu.

Wś ród wielu zastosowań metody mory należy wymienić analizę  obcią ż onyc h dynamicz-nie pł yt szklanych za pomocą  techniki odbiciowej [42]. Rejestracji obrazów dokonano przy uż yciu lampy bł yskowej.

Metody badania naprę ż eń własnych

Z wielu technicznych problemów doś wiadczalnej analizy odkształ ceń i naprę ż e ń w spo-sób szczególny wyróż niają  się  te, które wymagają

 zastosowania specyficznych metod po-M E T O D Y BAD AŃ  D OŚ WI AD C Z ALN YCH  689

miaru, metod bazują cych nieraz na sposobach mają cych bardziej uniwersalny ch arakter, ale również czę sto stworzonych specjalnie do badan ia okreś lonego zjawiska czy obiektu. Do problemów takich należy pom iar naprę ż eń wł asnych.

Zagadnienie pom iaru naprę ż eń wł asnych sprowadza się  do okreś lenia w dowoln ym punkcie nieobcią ż onego ustroju wszystkich skł adowych ten sora naprę ż eń. Z adan ie t o , rozwią zywane dla dowolnego m ateriał u w sposób nieniszczą cy tylko na powierzchn i, gdy konstrukcja jest obcią ż ona zn an ym , zadanym ukł adem sił  czy przemieszczeń, staje się  wielkroć trudniejsze w sytuacji ustroju nieobcią ż onego, kiedy stany naprę ż eń są  sam ozrówn o-waż one w jego obszarze lub czę ś ci jego obszaru. W ogólnym przypadku zadan ie to jest do tej pory nierozwią zane.

Istnieje bardzo wiele m etod wyznaczania naprę ż eń wł asnych i róż nie m oż na je klasyfiko-wać. Wspólną  cechą  niemal wszystkich jest fakt, że na ogół  sł użą  do oceny naprę ż eń wł as-nych pierwszego rodzaju (m akronaprę ż eń, które równoważą  się  w obszarach porównywal-nych z wymiarami cał ego ciał a). Tylko niektóre z nich (metody pen etratora i prom ien i X) mogą  być stosowane do pom iaru naprę ż eń drugiego rodzaju (mikronaprę ż eń równowa-ż ą cych się  w obję toś ciach o wymiarach rzę du kilku ziaren krystalicznych). Przyjmiemy t u klasyfikację  najbardziej funkcjonalną  z praktycznego pun ktu widzenia: ze wzglę du na stopień zniszczenia ustroju, jaki wywoł uje przeprowadzenie na n im badań naprę ż eń, wy-róż nimy zatem :

— metody niszczą ce — metody pół niszczą ce — metody nieniszczą ce.

1. Metody niszczą ce.. Są  to takie metody, które zastosowane do okreś lenia rozkł adu na-prę ż eń w danym obiekcie powodują  jego cał kowite zniszczenie. M etody te zawsze polegają na pomiarach odkształ ceń wywoł anych odprę ż eniem badan ego ustroju przez podzielenie go na elementy. Z odkształ ceń tych elementów okreś la się  wielkość naprę ż eń wł asnych, które odkształ cenia te spowodował y. Sytuacja ta jest ź ródł em, pewnych ograniczeń i bł ę dów przy ocenie iloś ciowej naprę ż eń, gdyż trzeba a priori zał oż yć zależ ność mię dzy odkształ ce-niami a naprę ż eniami. Z akł adam y tu zwykle zależ ność liniową  (prawo H o o ke'a) dla ciał izotropowych lub ortotropowych. G dy zmierzone odkształ cenia są  wię ksze niż odpowiada-ją ce granicy plastycznoś ci m ateriał u, wtedy okreś lenie rzeczywistych n aprę ż eń w bardziej zł oż onych zagadnieniach, jest do tej pory praktycznie niemoż liwe. I stotn ym problem em jest także prawidł owość interpretacji mierzonych odkształ ceń, innymi sł owy, droga obliczenio-wa pozwalają ca z pom iaru odkształ ceń uzyskać wartość naprę ż eń. D latego też zwykle, poszczególne m etody niszczą ce stworzone został y do badan ia obiektów o ś ciś le okreś lo-nych kształ tach i przy pewnych zał oż eniach co do ch arakteru istnieją cego w n ich rozkł adu naprę ż eń wł asnych. P amię tać również należ y, ż eby otrzym ać dostatecznie dokł adn e roz-wią zanie musimy ciał o dzielić na wystarczają co drobn e elementy. Elementy te jed n ak po-winny być na tyle duż e, aby moż na był o zmierzyć jaką kolwiek bą dź metodą  ich odkształ ce-nia i n a tyle dostę pn e przed podział em aby okreś lić m oż na był o ich wymiary pierwotn e jako bazę  do pom iaru odkształ ceń. T a sytuacja powoduje, że wielokroć ( n p . przy gwał tow-nych gradientach naprę ż eń wł asnych wywoł anych obróbką  powierzchniową ) n ie dzielimy obiektu badanego n a elementy, lecz usuwamy cienkie (nieraz rzę du kilku setn ych mili-metra) warstwy m ateriał u dokonują c pom iaru odkształ ceń pozostał ej czę ś ci ustroju.

690 M . BIJAK- Ż OCH OWSKI, J. KAPKOWSKI

Rys. 10. Zasada pomiaru metodą  Sachsa

>- naprę ż enia własne[ MPa] - 100 - 80 - 60 - 4 0 - 20 0 20 40 powierzchnlp zewnę trzna powisrzchnic ś rodkowa 3X)0 52.50 1.50 - 100 - 8 0 - 60 - 40 - 20 0 20 40

Rys. 11. Rozkł ad naprę ż eń wł asnych w walcowanej blasze duraluminiowej uzyskany metodą  St&bleina

t_o/ 2 = 3 mm

Prawidł owe okreś lenie rozkł adu naprę ż eń wł asnych przy tej metodzie postę powania jest wielokroć 'trudniejsze. Zawsze natomiast, bardzo waż ną sprawą  jest takie prowadzenie obróbki odprę ż ają cej (podział u na elementy) by nie powodował a ona wprowadzenia do-datkowych stanów naprę ż eń wł asnych.

M E T O D Y BAD AŃ  D OŚ WI AD C Z ALN YCH ₆₉₁ 1g 2g wycię ty plasterek _n k- l k- 1

Rys. 12. Zasada metody miejscowej trepanacji: a) wycinanie plastra, b) oddział ywania mię dzy kolejno usuwanymi warstwami plastra

Niezależ nie od wszystkich przytoczonych wad i ograniczeń, metody niszczą ce uważ ane są  do tej pory za takie, dzię ki którym moż na uzyskać najpeł niejsze i najbardziej dokł adne informacje — służą  zatem czę stokroć do weryfikacji innych metod pomiaru.

Wś ród najważ niejszych do tej pory rozwijanych metod niszczą cych wymienić należ y: a. Metoda SACHSA [43] pozwala ocenić jedynie osiowo- symetryczne, lub osiowo- anty-symetryczne rozkł ady naprę ż eń w prę tach okrą gł ych, gruboś ciennych i cienkoś ciennych rurach, drutach. Zasadę  pomiaru pokazuje rys. 10. Tensometry elektryczne mierzą  odkształ -cenia obwodowe i poosiowe spowodowane usuwaniem warstw zewnę trznych z powierzchni rury. Chociaż zasada metody powstał a w 1927 r., rozwijana jest ona do dziś — wspomnieć tu moż na pracę  z 1978 r. [44] dotyczą cą  pomiarów dla materiał u ortotropowego.

b. Metoda STABLEINA [45] — okreś la się  nią  na ogół  rozkł ady jednoosiowych stanów naprę ż eń w elementach pł askich. Polega ona na usuwaniu warstw materiał u z jednej strony

692 M. BIJAK- Ż OCH OWSKI, J. KAPKOWSKI

elem en tu i pom iarze odkształ ceń bą dź zmiany krzywizny pozostał ej czę ś ci. Przebieg na-prę ż eń w walcowanej blasze aluminiowej uzyskany tą  metodą  [46] pokazuje rys, 11,

c. Sposoby trepanacyjne — stosuje się  do okreś lenia dwu skł adowych gł ównych stanu n aprę ż en ia w ustrojach pł askich (pł yty, tarcze spawane, cienkie odlewane ś cianki) poprzez wycin an ie z tych ustrojów niewielkich elementów (na ogół  koł owych krą ż ków) i pomiar ich odkształ ceń . Wspom n ieć tu moż na o metodzie trepanacji miejscowej opracowanej W 1975 r. [47]. P olega on a (rys. 12a) na wycię ciu koł owego plasterka z pł askiego elementu, pom iarze odkształ ceń na powierzchni górnej i dolnej spowodowanych tym zabiegiem, a n astę pn ie zdejm owan iu kolejnych warstw (rys. 12b) z wycię tego plasterka, mierzą c przy pom ocy 3 ten som etrów odkształ cenia pozostał ej czę ś ci ustroju. W rezultacie uzyskać moż na rozkł ad dwu skł adowych gł ównych naprę ż eń wł asnych wzdł uż gruboś ci cienkich ś cianek odlewów, pł yt i in n ych ustrojów dwuwymiarowych w pł aszczyznach równoległ ych do po-wierzchn i. Trzecią  skł adową  gł ówną   ( i . do poych do po-wierzchni) przyjmuje się  za równą  zeru.

2. Metody pólniszczą ce. Z a metody pół niszczą ce uważ ać bę dziemy takie, które w trakcie po m iaru wywoł ują  n a tyle niewielkie uszkodzenie badan ego ustroju, że po przeprowadzeniu n aprawy, a n ieraz i bez niej, może on pracować nadal, zgodnie z jego pierwotnym przezna-czeniem. M etody pół niszczą ce wykorzystują  do oceny naprę ż eń wł asnych wielkość od-kształ ceń w niewielkim obszarze elementu wywoł anych przez taką  czy inną  obróbkę  od prę ż ają cą przeprowadzon ą  w tym obszarze.

W zasadzie pom iarowej m etod pół niszczą cych wystę puje pewna teoretyczna nieś cisł oś ć. Otóż ró wn an ia opisują ce stan elem entu czy konstrukcji w zakresie sprę ż ystym są  typu eliptyczn ego, rozkł ad naprę ż eń jest zatem okreś lony przez warunki na cał ej powierzchni ustroju. P o m iar odkształ ceń wykonany w niewielkim obszarze w okolicy miejsca obróbki odprę ż ają cej nigdy n ie m oże wystarczać do ś cisł ego okreś lenia naprę ż eń nawet \y tym ob-szarze. Jed n ak wg zasady de Saint- Venanta samozrównoważ one stany naprę ż eń rozprzest-rzeniają  się  w ciele sprę ż ysty m w bardzo ograniczony sposób i przy poprawnym zaprojekto-wan iu doś wiadczenia nieś cisł ość ta praktycznie n ie ma wię kszego wpł ywu na wyniki po-m iaru. I stotn iejszyywu na wyniki po-m probleywu na wyniki po-m eywu na wyniki po-m jest t u uzyskanie dokł adn ego poywu na wyniki po-miaru stosunkowo nie- ego pomiaru stosunkowo nie-wielkich zm ian odkształ ceń i wł aś ciwa interpretacja uzyskanych rezultatów doś wiadczal-n ych, zważ ywszy iż czujniki pom iarowe umieszczone być mogą  tylko n a powierzchni obiek-tu. Wynikają  stą d znaczne ograniczenia metod pół niszczą cych. Sł uż yć one mogą  jedynie do okreś len ia pewnych skł adowych stanu naprę ż enia n a powierzchni ustroju bą dź rozkł adu na stosun kowo m ał ej gł ę bokoś ci. Wymagają  stosowania przyrzą dów bardzo czuł ych o geo-m etrii iistalon ej z .wysoką  dokł adnoś cią . Mają  n atoych o geo-m iast dwie niezaprzeczalne zalety:

— m oż liwość oceny n aprę ż eń n a m ał ym o bsza r ze—za t em zbliż enie się  do punkto-wego p o m ia r u n aprę ż eń,

— są  n a ogół  m etodam i uniwersalnymi — moż liw e jest przeprowadzenie satysfakcjonu-ją cych p o m iaró w n a obiektach o dowolnych kształ tach.

Obecn ie, praktyczn ie stosuje się  tylko jedną  m etodę  pół niszczą cą : wiercenia małego o t wo ru .

Jest t o m et o d a (obok m etody promieni X), której poś wię cono i poś wię ca się  aktualnie najwię cej p rac i w praktyce stosowana jest najczę ś ciej. M etoda wiercenia otworu ma bardzo dł ugą  h istorię . Z apoczą tkował y ją  badan ia M ath ara [48] z r. 1934. Prace [49], [50], [51], [52] i in n e dał y podstawy do rozszerzenia moż liwoś ci pomiarowych metody. Jednakże

M E T O D Y BAD AŃ  D OŚ WI AD C Z ALN YCH 693

Powierzchnia górna

(zewnę trzna' Powierzchnia dolna_{(wewnę trzna)}

- HK[ mm]

0,5/ /  1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3 5 401 4,5

- 350 - 400

Rys. 13. Rozkł ad naprę ż eń wł asnych wzdł uż gruboś ci ś cianki karteru silnika spalinowego odlanego z ż e

-liwa okreś lony metodami trepanacji miejscowej i wiercenia mał ego otworu: metoda trepanacji miejscowej —'• — metoda wiercenia mał ego otworu

w swojej dotychczasowej formie m etoda wiercenia otworu obarczon a był a bard zo znacz-nym bł ę dem. Bł ą d ten jest szczególnie duży przy ostrych gradientach naprę ż eń, a wtedy, gdy w zakresie pom iarowym naprę ż enia zmieniają  swój zn ak m oże osią gać kilkaset pro -cent. W pracach [53], [54], [55] przedstawiono m etodę  postę powania, pozwalają cą  u n ikn ą ć tego bł ę du i przeprowadzać badan ia bez ż mudnych pom iarów kalibrują cych dla dowoln ego materiał u i dowolnej geometrii otwór — czujniki pom iarowe. N a rysunku 13 p o kazan y jest rozkł ad naprę ż eń wł asnych w ś ciance korpusu silnika spalinowego uzyskany m etodą  wierce-nia otworu [55] i metodą  trepanacji miejscowej [47]. [M etoda jest szczególnie czuł a n a dokł adność wykon an ia otworu i delikatność obróbki.] N ajnowsze prace [56] wskazują , że obydwa wymagania najlepiej speł nia wiercenie wysokoobrotowym (do 40000 obr/ m in ) frezem. Ten sposób obróbki wprowadza minimalne zgnioty oraz gwarantuje wysoką  do-kł adność kształ tu i wymiarów otworu.

3. Metody nieniszczą ce. M etody nieniszczą ce praktycznie nie naruszają  struktury m ateria-ł u badan ego obiektu. Wś ród nich są  takie, które do okreś lenia n aprę ż eń wykorzystują .po-miar odkształ ceń (np. m etoda prom ien i X, czy pom iaru twardoś ci) i takie, kt óre wykorzystu-ją  zmianę  pewnych fizycznych wł asnoś ci m ateriał u n a skutek istnienia w n im n aprę ż eń

694 M . BlJAK- Ż OCHOWSKI, J. KAPKOWSKI

a. M etoda promieni X jest najstarszą  i najszerzej stosowana. N ie wdają c się  w dokł ad-niejszy opis zasady badania, krótko tylko przypominamy, że głównym zadaniem metody jest skorelowanie odkształ ceń sieci krystalicznej z odkształ ceniami i naprę ż eniami s, a okreś lonymi w teorii sprę ż ystoś ci ciał a izotropowego. Tutaj też leży podstawowy błą d metody. Wynika on ze sprzecznoś ci w samej zasadzie badania. Z jednej strony uważa się , że ciał o jest opisane modelem continuum—jednorodne, izotropowe i podlegają ce prawu H ooke'a — z drugiej przeprowadza pomiar odkształ ceń sieci przestrzennej kryształ u, który wykazuje bardzo znaczną  anizotropię . W niektórych przypadkach wpływu tej anizotropii nie moż ną wyeliminować dodatkowymi pomiarami pozwalają cymi na okreś lenie wielkoś ci nowych stał ych sprę ż ystych materiał u specjalnie dla potrzeb analizy rentgenowskiej. Stałe te zmieniają  się  silnie w procesie plastycznej deformacji, zmę czenia, obróbki chemicznej itp. D odatkowym ograniczeniem metody jest bardzo niewielki zasię g jej penetracji w głą b materiał u (rzę du mikronów).

Rekapitulują c stwierdzić należ y, że w szeregu wypadkach wyniki iloś ciow e badania me-todą  promieni X są  bardzo wą tpliwe, a niekiedy (np. utwardzania zgniotem) w ogóle nie daje ona rezultatów moż liwych do interpretowania iloś ciowego. N iektóre prace np. [57] i [58] oceniają  uzyskiwaną  dokł adność na ±  30 MPa w najbardziej sprzyjają cych okolicz-noś ciach pomiaru, na ± 240 MPa w najgorszych, przyjmują c ś rednio ± 60 MPa.

b. M etoda magnetyczna

N ajogólniej mówią c wykorzystuje ona zjawisko magnetostrykcji, tzn. silnej zależ noś ci magnetycznych wł asnoś ci materiał u (np. przenikliwość magnetycznej ferromagnetyków) od naprę ż eń wprowadzonych w ciał o. W dotychczasowych pracach np. [59] udał o się metodą  tą  przeprowadzić badania prę tów kołowych o zmiennym rozkł adzie naprę ż e ń włas-nych wzdł uż promienia i stał ym w kierunku osi prę ta. Wykorzystywano tu osiowe pola magnetyczne o zmiennej czę stotliwoś ci i ekranizują ce dział anie powstają cych prą dów wi-rowych w badanej próbce. Uzyskane wyniki mają  bardziej charakter jakoś ciow y niż iloś-ciowy (tab. 1). Zwraca uwagę  ogromna rozbież ność wyników metody promieni X i metody niszczą cej. Tabela 1 Rodzaj materiał u i obróbki nikiel cią gniony nikiel hartowany stal po obróbce skrawaniem stal hartowana ,

N aprę ż enia na powierzchni [M Pa] okreś lone metodą : magnetyczną 12 - 4 8 9 - 108 promieniami X 45 - 8 1 - 160 - 130 mechaniczną  niszczą cą (przecinanie wzdł uż tworzą cej) 250 - 220 2 . - 360

N ajnowsze prace badaczy radzieckich n p. [60] stwierdzają , że na efekt „magnetosprę ż ys - ty" bardzo znaczny wpływ ma struktura metalu, a uzyskiwane rezultaty .pomiarów na-prę ż eń wł asnych porównywalne są  jedynie dla obiektów poddanych takiej samej, bą dź bardzo podobnej obróbce cieplnej, chemicznej itp. Autor cytowanej pracy mierzy dwie

M E T O D Y BAD AŃ  D OŚ WI AD C Z ALN YCH ₆₉₅

składowe pł askiego stanu naprę ż enia na powierzchni elementów maszyn oraz — ł ą czą c metodą  magnetyczną  z metodami niszczą cymi — okreś la rozkł ady naprę ż eń w wał ach poprzez pomiary na powierzchni pł askich dysków wycię tych z tych wał ów.

Duże moż liwoś ci badawcze daje wykorzystanie magnetycznego efektu Barkhausena. Skonstruowane urzą dzenia pomiarowe [61] pozwalają  n a okreś lenie skł adowych pł askiego stanu naprę ż enia na powierzchni i pod powierzchnią  metalu na niewielkich obszarach (o wymiarach kilku mm). Wyniki iloś ciowe moż na uzyskać jednakże tylko wtedy, gdy przyrzą d przed każ dym pomiarem cechowany jest przy pomocy próbki wykonanej z metalu o tej samej strukturze, tzn. poddanej tej samej obróbce cieplnej, chemicznej i powierzchnio-wej co badany obiekt. Brak odpowiednich danych w literaturze nie pozwala na ocenę  do-kł adnoś ci tej metody badawczej.

- 2 0 _{8 10 12 14 r [cm]}

Rys. 14. Rozkł ad naprę ż eń wł asnych w spawanych tarczach uzyskany metodą  ultradź wię kową: a) tarcza wykonana z materiał u walcowanego, b) tarcza wykonana z materiał u wyż arzanego po walcowaniu

Z n ak: I — pomiary metodą  ultradź wię kową, o — pomiary rr.etodą  niszczą cą ,  ^ —s p o i n a

c. Metoda ultradź wię kowa — jest metodą  bardzo mł odą  opierają cą  się  na zjawisku, że prę dkość rozchodzenia się  fal ultradź wię kowych (w szczególnoś ci fali poprzecznej) w izo-tropowym materiale jest zależ na od naprę ż eń w .to ciał o wprowadzonych. Prawo ł ą czą ce prę dkość rozchodzenia się  drgań akustycznych z wielkoś cią naprę ż eń jest tu podobne do prawa elastooptyki i uzależ nia tę  prę dkość od róż nicy naprę ż eń gł ównych w kierunkach prostopadł ych do kierunku rozchodzenia się  fali.

Wynika stą d szereg wad metody:

a) trudnoś ci rozdzielenia naprę ż eń gł ównych,

b) trudnoś ci badania pł askich hydrostatycznych stanów naprę ż eń gdzie oba naprę ż enia główne są  sobie równe,

c) badać moż na tylko równomierne rozkł ady naprę ż eń wł asnych wzdł uż gruboś ci próbki — zatem nie moż na okreś lić rozkł adu naprę ż eń w gł ą b materiał u.

Jako przykł ad praktycznego zastosowania metody moż na podać rezultaty pracy [62]. Okreś lono tam rozkł ad naprę ż eń wł asnych w pł ycie koł owej powstał y na skutek koncent-rycznego wspawania w nią  koł owego krą ż ka. - Na rys. 14 podana jest zmienność róż nicy naprę ż eń promieniowych i obwodowych w funkcji promienia.

696 M. BIJAK- Ż OCH OWSKI, J. KAPKOWSKI

d. Metody wykorzystują ce pomiar twardoś ci:

N ajogólniej mówią c bazują  na zwią zku mię dzy twardoś cią materiał u a stanem naprę ż eń wł asnych w nim istnieją cych. Pozwalają  okreś lić raczej jakoś ciowo niż iloś ciowo naprę ż enia wł asne na powierzchni obiektu, przy czym trudno jest tu ocenić gł ę bokość penetracji, tzn. uś ciś lić co wł aś ciwie praktycznie znaczy „ na powierzchni".

Znane są  tu takie metody pomiaru jak:

— badanie momentu pojawienia się  pierwszych,plastycznych odkształ ceń w procesie wcis-kania kulki. N acisk odpowiadają cy pojawieniu się  tych odkształ ceń okazuje się  być liniową funkcją  naprę ż eń wł asnych,

•— metoda Oppla.[63] polegają ca na wciskaniu ostrosł upa Knoopa (przekrój w postaci bardzo wą skiego rombu). Mierzą c dł ugoś ci 3 odcisków w 3 kierunkach moż na okreś lić wielkoś ci i kierunki naprę ż eń własnych gł ównych na powierzchni,

— metoda ZARKI i FRELATA [64] polegają ca na wciskaniu kulek o róż nych ś rednicach i pomiarze siły nacisków koniecznych do pojawienia się  pierwszych odkształ ceń plastycz-nych. Wedł ug autorów metodą  tą  moż na pokusić się  o okreś lenie rozkł adu naprę ż eń w gł ą b materiał u.

Wspólną  wadą  wszystkich tych metod jest ich bardzo niska dokł adnoś ć, którą  ocenić moż na na ± 150 MPa, bą dź nawet jeszcze gorzej.

N a tym tle budzą cą  bardzo duże nadzieje wydaje się  metqda penctratora, której pierwszy pomysł  podał  U nderwood w r. 1973 [65], a szeroko został a rozwinię ta i doprowadzona do stanu przydatnoś ci technicznej w 1978 i 1979 r. w pracach [66], [67]. Punktem wyjś cia tej metody jest zaobserwowany doś wiadczalnie fakt, że kształ t powierzchni wokół  plastycznego odcisku osiowo- symetrycznego stempla ulega zmianie jeż eli w badanym elemencie istnieją naprę ż enia. G dy stemplem tym jest kulka, to jakoś ciowy obraz przemieszczeń w otoczeniu odciś nię tej przez nią  czaszy pokazuje rys. 15. Obraz przemieszczeń okreś lać moż na przy pomocy interferencji optycznej.

Promień wciskanej kulki Granica odcisku

Rys. 15. Obraz przemieszczeń materiał u w okolicy wciskanej kulki

Jak wykazał y szerokie badania róż nych materiał ów z obrazu jednego odcisku uzyskać moż na 3 niezależ ne informacje wystarczają ce do okreś lenia wielkoś ci i kierunku naprę ż eń gł ównych na powierzchni obiektu.

Typowe obrazy warstwie dla róż nych stanów naprę ż eń pokazuje rys. 16. Metodą  tą moż na badać naprę ż enia wł asne na powierzchni materiał ów o twardoś ci w granicach 100—320 HB z dokł adnoś cią ±  10 MPa. Dalsze prace trwają  nad rozszerzeniem zakresu

Rys. 16. Warstwicowe obrazy przemieszczeń wokół  odcisków kulki wykonanych w stali 30 H G SA (Ha =

— 320) dla róż nych stanów naprę ż eń: a) stan bez naprę ż eń, b) jednoosiowe rozcią ganie: <ri =  304 M Pa,

a2 — 0, c) jednoosiowe ś ciskanie: aL =  0, a2 =  —304 MPa, d) pł askie hydrostatyczne rozcią ganie:

a_t =  304 MPa, a₂ = 304 M Pa, e) pł askie hydrostatyczne ś ciskanie: <Si =  —304 M Pa, a₂ =  —304 M Pa, f) czyste ś cinanie, a_l =  260 M Pa, a₂ =  - 260 M Pa

698 M . BIJAK- Ż OCH OWSKI, J. KAPKOWSKI

badania gradientu naprę ż eń w głą b materiał u. Istotną  sprawą  jest również ocena gruboś ci warstwy materiał u pod powierzchnią , w której dział anie naprę ż eń okreś la kształ t odczytu powierzchniowego.

N a zakoń czenie tego bardzo niepeł nego i skrótowego omówienia podstawowych, stoso-wanych współ cześ nie metod badania naprę ż eń wł asnych wspomnieć należy o zasadnych

i potrzebnych kierunkach dalszych eksploracji w tej dziedzinie. Wydaje się , że prace winny tu iść w kilku kierunkach:

— Stworzenia prostej i uniwersalnej metody nieniszczą cej okreś lania wielkoś ci naprę ż eń wł asnych w warstwie powierzchniowej obiektu. Czę sto stwierdzenie, że na powierzchni istnieją  dostatecznie duże naprę ż enia ś ciskają ce daje gwarancję  znacznie bezpieczniejszej pracy zmę czeniowej ustroju. Ogromne nadzieje rokuje tu bardzo już zaawansowana metoda penetratora.

— Opracowanie skutecznej metody badania naprę ż e ń drugiego rodzaju w mikro-obję toś ciacb o wymiarze kilku ziaren krystalicznych. Moż liwość przsprowadzenia takich badań dawał aby szansę  bardziej gł ę bokiego wniknię cia w zachowanie się  materiał ów w trakcie stał ych — a co jest szczególnie istotne — zmiennych w czasie obcią ż eń.

— U doskonalenia metod niszczą cych i pół niszczą cych do badania rozkł adu makro-naprę ż eń I- go rodzaju, a szczególnie najbardziej uniwersalnej z nich metody wiercenia mał ego otworu. Chodzi tu o to, by moż na był o oceniać stany naprę ż enia również wtedy, gdy wielkość mierzonych odkształ ceń przekracza wartość odpowiadają cą  granicy plastycz-noś ci materiał u.

— Stworzenia efektywnej nieniszczą cej, chociaż by tylko jakoś ciowej, polowej metody oceny wielkoś ci naprę ż eń wł asnych I- go rodzaju na powierzchni ustroju. Chodzi tu głównie o zlokalizowanie miejsc koncentracji, obszarów wystę powania naprę ż eń rozcią gają cych itp. D okł adniejsze dalsze badania przeprowadzać moż na wtedy metodami punktowymi. Me-•  tody takiej do tej pory brak jest zupeł nie.

Metody badań w mechanice kontaktu

Problemy badawcze wystę pują ce w mechanice kontaktu podzielić moż na na kilka za-sadniczych typów zagadnień, z których każ dy wymaga innej techniki, bą dź technik ekspery-mentalnych. Wykorzystywane są  tutaj oczywiś cie moż liwie szeroko metody doś wiadczalne' stosowane generalnie w analizie naprę ż eń i odkształ ceń mechaniki ciał a stał ego, jednakże w wielu przypadkach muszą  być one odpowiednio dostosowane i przebudowywane, by zmierzyć istotne, a specyficzne dla omawianej grupy problemów, zjawiska fizyczne.

1. Pomiary geometrii powierzchni. Kształ t i mikrotopografia stykają cych się  powierzchni ma zasadniczy wpływ n a ich współ pracę  i pozwala wyznaczyć szereg parametrów trybolo-gicznych bezpoś rednio charakteryzują cych „ jakoś ć" tej współ pracy. Od dawna znanymi i szeroko stosowanymi w laboratoriach badawczych i przemysł owych metodami okreś lania nierównoś ci powierzchni są  metody czujnikowo- kopiują tfe, które pozwalają  uzyskiwać w duż ych powię kszeniach profilogramy powierzchni w wybranych przekrojach. Chociaż suma takich profilogramów wykonana z dostateczną  gę stoś cią może pozwolić na ocenę geometrii cał ej badanej powierzchni, nie moż na ich jednakże dokł adnie zł oż yć w jedną

M E T O D Y BAD AŃ  D O Ś WI AD C Z ALN YCH 699 zwartą  mapę  topograficzną  i trudn o jest kontrolować zniszczenie czy zuż ycie okreś lonych elementów powierzchni po pewnym czasie pracy.

Wad tych nie mają  optyczne metody badania geometrii powierzchni, chociaż n p. równ ie dł ugo stosowana m etoda interferencji optycznej daje obraz warstwie tylko n a powierzchni odbijają cej, bardzo zagę szczony i trudn o czytelny (przy przypadkowym rozkł adzie nierów-noś ci ocena gdzie jest „ wzniesienie" a gdzie „ zagł ę bien ie" n ie jest prosta do przeprowadze-nia). N a tym tle niewą tpliwą  przewagę  ma m etoda immersyjna interferom etrii holograficz-nej przedstawiona w pracy [68] z 1982 r. U zyskiwane przy jej pom ocy m apy warstwicowe

Rys. 17. Obraz topograficzny powierzchni szlifowanej (9 klasa gł adkoś ci) uzyskany metodą  imersyjną interferometrii holograficznej

mogą  być niejako trójwymiarowe znakomicie poprawiają c czytelność obrazu, m oż liwa do regulowania jest gę stość warstwie (róż nica wysokoś ci mię dzy dwoma kolejnymi warstwi-cami). P om iar przeprowadzony jest nie bezpoś rednio n a badan ym obiekcie, lecz n a przezro-czystej replice wykonanej z gumy silikonowej, co pozwala n a testowan ie elem en tów po-wierzchni ustrojów o dowolnych wymiarach i kształ tach. Typowy obraz topograficzn y powierzchni uzyskany tą  metodą  pokazuje rys. 17.

2. Obserwacja obszaru kontaktu przy obcią ż eniu roboczym. Szereg m etod, gł ówn ie optycz-nych, pozwala n a bezpoś rednie badan ie obszaru kon taktu i zm ian geometrii tego obszaru przy obcią ż eniach roboczych. G ł ówną  wadą  (szczególnie m etod optycznych) jest t o , że jedna, bą dź obie współ pracują ce powierzchnie muszą  być przezroczyste. P om iary iloś ciowe są  tu obarczone dość znacznym bł ę dem (30—40%) wynikają cym z faktu, że obserwowan a

700 M . BIJAK- Ż OCH OWSKI, J. KAPKOWSKI

powierzchnia ,,optycznego" kontaktu może znacznie się  róż nić od rzeczywistej powierzchni kontaktu mechanicznego. Z ciekawszych metod wymienić tu należ y:

— M etoda Mechau bazuje na zjawisku zniszczenia cał kowitego wewnę trznego odbicia, Badana niegł adka powierzchnia zostaje wprowadzona w kontakt z trójką tną  szklaną  pryz-mą ; równoległ ą  wią zkę  ś wiatła kieruje się  na powierzchnię  styku pryzmy pod takim ką tem, by nastę pował o cał kowite wewnę trzne odbicie. W miejscach kontaktu cał kowite odbicie zostaje „zniszczone" i obszary kontaktu stają  się  widoczne w odbitym ś wietle.

—; Metoda interferencji w kontrastowym oś wietleniu [69] polega na ujawnieniu kon-turów nierównoś ci powierzchni (o równym ką cie nachylenia) w ś wietle o róż nych bar-wach. Po odkształ ceniu'badanej niegł adkiej powierzchni, na powierzchni pł askiej wszystkie obszary kontaktu leż ą ce w jednej pł aszczyź nie okreś lone zostaną  prą ż kami tej samej barwy. Wykonują c kolorowe zdję cia przez mikroskop okreś lić moż na liczbę  i wielkość uzyskanych pól kontaktu. D okł adność pomiaru gł ę bokoś ci nierównoś ci oceniana jest tu na 15 A.

— M etoda wią zki neutronów [70] ma tę  zaletę , że badanie kontaktu nie wymaga przezroczystoś ci jednego lub obu stykają cych się  ciał . Idea metody,polega na przepuszcze-niu równoległ ej wią zki neutronów prostopadle do. współ pracują cych powierzchni. Wolna przestrzeń mię dzy powierzchniami wypeł niona jest kompozycją  pochł aniają cą  neutrony, tak że staje się  dla nich nieprzepuszczalną  poza obszarami rzeczywistego kontaktu. Wią zka neutronów po przejś ciu przez ciał a stykają ce się  pada na metalową  pł ytę , która ją  absorbuje emitują c z kolei promieniowanie y i /S. Promieniowanie to naś wietla odpowiednio błonę fotograficzną . N ie trzeba tu dodawać, że omówiona metoda może być zastosowana przy bardzo zaawansowanych moż liwoś ciach technicznych.

N iektórzy badacze okreś lają  nie tylko geometrię  kontaktu przy obcią ż eniu roboczym lecz starają  się  znaleźć rozkł ad obcią ż eń wynikają cy z nierównoś ci powierzchni wchodzą -cych w kontakt. Angaż uje się  w tym celu róż ne metody; przykł adem poł ą czenia elasto-optyki i holografii jest praca [71]. Pokazane na rys. 18 obrazy izochrom (róż nica naprę ż eń,

Rys. 18. Obrazy izochrom (a) i izopach (b) w okolicy styku chropowatych powierzchni walca i pół przestrzeni sprę ż ystej. Walec vvykonany jest z materiał u przezroczystego wykazują cego efekt dwójł omnoś ci wymuszonej

M E T O D Y BAD AŃ  D OŚ WI AD C Z ALN YCH  701

gł ównych) i izopach (suma naprę ż eń gł ównych) w okolicy styku chropowatych powierzch-ni walca i pół przestrzeni sprę ż ystej pozwalają  n a ocenę  rozkł adu naprę ż eń i okreś lenie stą d zaburzeń H ertzowskiej dystrybucji obcią ż enia mię dzy dwom a ciał ami.

3. Dynamiczne i hydrodynamiczne problemy kontaktu. Badania dynamicznego, a szczególnie hydrodynamicznego kon taktu (gdy stykają ce się  ciał a podzielone są  warstewką  oleju smaru-ją cego) muszą  uwzglę dniać szereg dodatkowych zjawisk, które wykracza oleju smaru-ją  znacznie poza —

szeroko nawet przyję tą — dziedzinę  mechaniki ciał a stał ego. P om iary takich wielkoś ci jak temperatura oleju i kontaktują cych się  powierzchni, grubość warstwy filmu olejowego mię dzy poruszają cymi się  ciał ami, ciś nienie w warstwie oleju, wymagają  kon struowan ia bardzo specjalnych przyrzą dów, zważ ywszy dodatkowo, że wprowadzone on e być muszą w niewielkie obszary kon taktów w taki sposób, by nie zaburzać kształ tu powierzchni i wa-runków przepł ywu oleju. Badacze mają  tu zatem do wyboru dwie drogi: albo m in iatury-zacji ustrojów pom iarowych, albo wykorzystywania samych poruszają cych się  wzglę dem siebie ciał  jako nadajników odpowiednich informacji.

Przykł adem pierwszego podejś cia może być praca [72], gdzie zastosowano m ikrodedek-tor podają cy sygnał  do pom iaru tem peratury o wymiarach elementu wprowadzanego w obszar kon taktu rzę du 38 p,m bą dź praca [73], w której do pom iaru ciś nienia w warstwie oleju uż yto czujnika o szerokoś ci rzę du 0,01 mm i gruboś ci kilkun astu A. R ozkł ad ciś nienia w obszarze styku dwóch walców uzyskany na ekranie oscyloskopu przy pom ocy tego czujnika pokazuje rys. 19.

W

:.  |

2S0k< &;

k

m

Rys. 19. Oscylogram rozkł adu ciś nienia oleju w obszarze dynamicznego kontaktu dwóch walców metalo-wych uzyskany przy pomocy zminiaturyzowanego czujnika rezystancyjnego. Prę dkość obwodowa walców

v = 2,5 m/ sek., nacisk P = 250 kG

D rugie podejś cie najpeł niej wykorzystane został o w pracach [74], [75], gdzie jedn o z wchodzą cych w kon takt dynamiczny ciał  (pł aski walec) wykon an e został o z m ateriał u przezroczystego wykazują cego efekt dwójł omnosci wymuszonej, a pom iar ciś n ien ia w warst-wie oleju uzyskiwano okreś lając rozkł ady izochrom. w spolaryzowanej koł owo wią zce ś wiatła przechodzą cego przez ten walec.

702 M . BIJAK- Ż OCH OWSKI, J. KAPKOWSKI

Inne drogi badawcze hydrodynamicznych zagadnień kontaktu polegają  na okreś laniu uż ycia powierzchni współ pracują cych elementów. Badania takie przeprowadza się  bą dź poprzez analizę  iloś ci i wielkoś ci ubytków materiał u zawartych w kolejno pobieranych próbkach oleju smarują cego (stosuje się  tu techniki ferrograficzne w polu magnetycznym i spektograficzne np. [76]), bą dź bezpoś rednio obserwują c pod mikroskopem stan powierz-chni pozostają cych w kontakcie po kolejnych etapach pracy.

Metody badań zagadnień plastycznoś ci

Badania doś wiadczalne dotyczą ce zachowania się  materiał u i elementów konstrukcyj-nych po przekroczeniu (choć by miejscowym) granicy plastycznoś ci nabierają  w ostatnim okresie coraz wię kszego znaczenia. Jest to wywołane tendencją  do rewizji dotychczasowych zasad nie dopuszczają cych wystę powania odkształ ceń plastycznych w ż adnym punkcie konstrukcji. Obecnie uważa się , że odkształ cenia plastyczne w elementach konstrukcji mogą  się  pojawić pod warunkiem, że zasię g ich jest ograniczony i ś ciś le okreś lony. Problemy pracy konstrukcji w zakresie sprę ż ysto- plastycznym nie są  jak dotychczas opracowane teoretycznie, a proponowane modele matematyczne dalekie są  od ideał u. Również metody projektowania oparte n a teorii noś noś ci granicznej operują c pewnym koń cowym stanem pracy konstrukcji nie uwzglę dniają  stadiów poś rednich. Wydaje się , że badania doś wiad-czalne mogą  tu dać nie tylko informacje potrzebne do zbudowania modelu matematyczne-go, ale także mają  za zadanie weryfikację  rozwią zań teoretycznych. Tego rodzaju podejś cie proponowane jest w pracy [77], w której autor podaje tzw. hybrydową  metodę

 analizy konst-rukcji na przykł adzie pł yty koł owej obcią ż onej siłą  skupioną  i opartej na podł ożu plastycz-nym, lub prę ta obcią ż onego siłą  i leż ą cego na podł ożu nieskoń czenie sztywnym. Taka

filozofia modelowania może dać wyniki pod warunkiem istnienia efektywnych metod doś-wiadczalnych, przy pomocy 'których moż na analizować problemy plastycznoś ci nie tylko w zakresie badań materiał owych, ale także badań konkretnych elementów konstrukcji.

W badaniach procesu uplastycznienia elementów konstrukcyjnych moż na wyróż nić dwa zasadnicze kierunki. Pierwszym z nich jest badanie rzeczywistych elementów konstruk-cyjnych metodami tradycyjnymi. Wykorzystywane tu metody ograniczają  zakres badań do elementów pł askich, lub na zewnę trznych powierzchniach elementów przestrzennych.

. Znajduje tu przede wszystkim zastosowanie metoda elastooptycznej warstwy powierzchnio-wej [78], która pozwala wyznaczyć zasię g obszarów uplastycznionych, a także umoż liwia analizę  rozwoju tych obszarów przy kolejnych cyklach obcią ż enia powtarzalnego (tzw. przystosowanie się  konstrukcji). Istotną  trudność stanowi tu rozdzielenie odkształceń

w obszarze uplastycznionym. N a rys. 20 przedstawiono przykł adowo obraz izochrom

i rozwój stref plastycznych w rozcią ganym paś mie z karbem szczelinowym.

Wykonane został y próby zastosowania termowizji do badania stref plastycznych [79].. W technice tej, wykorzystują cej.promieniowanie podczerwone dokonuje się  pomiaru zmia-ny rozkł adu temperatury w badanym obszarze. Wię kszy przyrost temperatury odpowiada wię kszym wartoś ciom odkształ cenia plastycznego. Wydaje się , że efektywną  metodą  po-miarów odkształ ceń plastycznych jest metoda mory, ponieważ jest metodą  bezstykową i nie powoduje zmiany sztywnoś

ci badanego elementu jak to ma miejsce w metodzie elasto-:

Rys. 20. Analiza sprę ż ysto- plastyczna rozcią ganego pasma z karbem szczelinowym: a) obraz izochxom dla poziomu obcią ż enia q =  1,102, b) propagacja granicy obszaru plastycznego

704 M. BIJAK- Ż OCHOWSKF, J. KAPKOWSKI

optycznej warstwy powierzchniowej. Przy uż yciu metody mory przeprowadzo analizę stref plastycznych w rozcią ganych pasmach z otworami [80]. N a rys. 21 pokazano otrzyma-ne tą  metodą  obrazy prą ż ków mory. Okazuje się , że metodę  mory moż na zastosować rów-nież do analizy pł ynię cia materiał u w procesach obróbki plastycznej. Pomiaru dokonuje się na wewnę trznych powierzchniach badanych próbek [81].

Rys. 21. Strefy duż ych odkształ ceń plastycznych otrzymane przy pomocy badań metodą  mory D o badania zagadnień sprę ż ysto- plastycznych wykorzystywane są  również tensometry elektryczne. Pewną  trudność nastrę cza tu obliczanie naprę ż e ń z pomiarów tensometrycz-nych. W pracy [82] podano metodę  rozwią zania tego zagadnienia na podstawie znajomoś ci krzywej naprę ż enie — odkształ cenie dla badanego materiał u otrzymanej w próbie jedno-osiowego rozcią gania.

Interesują cą  próbę  zastosowania kolejnych rozwią zań sprę ż ystych do badania oś rodka plastycznego metodą  elastooptyczną  przedstawiono w pracy [83].

Opisane dotychczas metody stosowane są  do badań konstrukcji. Od dłuż szego czasu prowadzi się  prace zmierzają ce do modelowania zagadnień plastycznoś ci przez dobór od-powiednich optycznie czynnych materiał ów na modele. Ta dziedzina badań nosi nazwę

fotoplastyccnoś ć i. Materiał  modelowy musi zachowywać .się  podobnie jak materiał

 rzeczy-wistej konstrukcji, a w szczególnoś ci powinien speł niać nastę pują ce kryteria:

— podobny charakter przebiegu krzywej a— e dla materiał u modelowego i materiał u konstrukcji, :

— identyczne kryteria pł ynię cia,.

— jednakowe współ czynniki Poissona zarówno w zakresie sprę ż ysty m jak i plastycz-nym,

M E T O D Y BAD AŃ  D OŚ WI AD C Z ALN YCH 705 Speł nienie wszystkich tych warunków jest bardzo trudne. Tak się  skł ada, że stosowane materiał y spełniają  tylko niektóre kryteria w mniejszym lub wię kszym stopniu. Materiał em, który stosunkowo dobrze odpowiada zachowaniu się  metali jest poliwę glan. W badaniach nad tym materiał em [84] [85] wykazano, że poliwę glan speł nia dość dobrze kryteria po-dobień stwa krzywych rozcią gania, liczby Poissona {v — 0,32) oraz z dużą  dokł adnoś cią kryterium pł ynię cia Hubera- Misesa. Jednakż e, jak podano [86] zależ ność efektu optycznego od odkształ ceń jest nieliniowa, co' stwarza trudnoś ci w interpretacji wyników.

Jeden z twórców fotoplastycznoś ci — Javornicky uważa jednak, że materiał y poli-krystaliczne w zakresie duż ych odkształ ceń mogą  okazać się  nieprzydatne [87]. Preferuje on

ako materiał  modelowy celuloid.

Ś ciskanie

0 .20 40 60 80 T(°C)

Rys. 22. Zmiana granicy plastycznoś ci w funkcji temperatury dla twardej ż ywicy poliestrowej Interesują ce wyniki dotyczą ce speł nienia kryterium pł ynię cia dla materiał ów modelo-wych stosowanych w fotoplastycznoś ci zamieszczono w pracy [88]. Waż nym wnioskiem jest to, że dla materiał ów typu poliestrów zachowanie się  w zakresie plastycznym zmienne jest z temperaturą  w duż ych granicach, co przykł adowo przedstawiono na rys. 22.

Jak wynika z powyż szych uwag problem znalezienia materiał ów do badań fotoplastycz-noś ci nie jest jeszcze cał kowicie rozwią zany. Pomimo to uzyskano już szereg wartoś cio-wych wyników [89], które moż na podzielić na trzy grupy:

— badania koncentracji naprę ż eń — badanie procesów obróbki plastycznej — badanie podstaw mechaniki zniszczenia.

Metody badań w mechanice pę kania

Gwał towny rozwój badań teoretycznych z zakresu mechaniki pę kania w ostatnim dziesię cioleciu wywoł ał  pilną  potrzebę  znalezienia odpowiednich metod doś wiadczalnych, które pozwoliłyby z jednej strony weryfikować wyniki teorii, z drugiej — ujawniać nowe fakty fizyczne tak o charakterze bardziej generalnym jak i wynikają cym z wł asnoś ci po-szczególnych materiał ów.

706 M. BIJAK- Ź OCH OWSKI, J. KAPKOWSKI

Rys. 23. Typowy rozkł ad izochrom wokół  szczeliny rozprzestrzeniają cej się  w materiale przezroczystym Rozważ ane w mechanice pę kania zadanie okreś lenia warunków i sposobu dynamicznej propagacji szczeliny, bą dź ukł adu kilku szczelin w pewnym zadanym polu naprę ż eń jest trudne do eksperymentalnej eksploracji: badany obszar jest stosunkowo niewielki, a naj-bardziej interesują ca, mał a jego czę ść — w okolicy czoł a szczeliny—jest polem bardzo wysokiej koncentracji naprę ż eń, która wywołuje plastyczne poś lizgi. Dodatkowym oczy-wiś cie utrudnieniem jest dynamiczny charakter procesu inicjacji i rozbudowywania się szczeliny. Mimo tych specyficznych wymagań jednakż e, mechanika pę kania nie stworzyła nowych metod badawczych, lecz do przeprowadzenia eksperymentu gł ównie zaangaż owała metody ogólnie stosowane w mechanice ciał a stał ego adoptują c je co najwyż ej do swoich

•

Rys. 24. Typowy rozkł ad ,izopach wokół  szczeliny rozprzestrzeniają cej się  w materiale przezroczystym uzyskany metodą  interferometrii holograficznej

METOD Y BADAŃ  DOŚ WIADCZALNYCH ₇₀₇

potrzeb. Są  one bą dź od dawna znane, bą dź został y szerzej omówione w pierwszych czę ś-ciach tego opracowania; w tym miejscu zatem ograniczymy się  do krótkiego ich wyliczenia.

Metodę  elastooptyczną  do badania zadań pł askich zastosowano tu najwcześ niej bo już w 1953 r. [90]. Szereg badaczy (np. [91]) stosuje ją  z powodzeniem do dnia dzisiejszego przy statycznych i dynamicznych problemach pę kania, okreś lając koncentrację  naprę ż eń w okolicy czoł a szczeliny zarówno w modelach przezroczystych przy ś wietle przechodzą cym jak i w ustrojach rzeczywistych przy uż yciu pokryć optycznie czynnych. Wadą  pierwszego wariantu jest modelowy charakter eksperymentu, drugiego wszystkie znane i szeroko w literaturze dyskutowane bł ę dy wynikają ce ze skoń czonej gruboś ci pokrycia (szczególnie duże przy eksploracji mał ych pól o duż ych gradientach naprę ż eń ), wadą  obydwóch — mała dokł adność pomiaru w obszarze czoła szczeliny. Typowy rozkł ad izochrom. wokół szczeliny pokazany jest na rys. 23.

Rys. 25. Ukł ad prą ż ków interferencyjnych wokół  mikropę kniecia w ceramicznej ł opatce turbiny uzyskany metodą  holograficznej mikroskopii

Metody holograficzne stosowane również do zagadnień pł askich prowadzą  do okreś le-nia rozkł adu izopach (sumy naprę ż eń głównych) wokół  szczeliny w modelu przezroczystym, bą dź przemieszczeń normalnych do powierzchni ustroju rzeczywistego. Uż ycie zamiast zwykłego systemu holograficznego metod holograficznej mikroskopii [92] pozwala na badanie mikropę knię ć. Typowy rozkł ad izopach pokazany jest na rys. 24, ukł ad prą ż ków interferencyjnych xizyskany za pomocą  mikroskopu holograficznego w okolicy pę knię cia ceramicznej ł opatki turbiny (ł opatka poddana zginaniu we wł asnej pł aszczyź nie) na rys. 25* Znaczne zwię kszenie dokł adnoś ci odczytu w bliskoś ci czoł a szczeliny uzyskać moż na przez multiplikację  prą ż ków holograficznych [93] uzyskują c „zagę szczony" obraz prze-mieszczeń zarówno w pł aszczyź nie, jak i w kierunku normalnym do pł aszczyzny badanego obiektu. Rezultat takiej multiplikacji pokazany jest n a rys. 26.

708 M. BIJAK- Ż OCH OWSKI, J. KAPKOWSKI

Rys. 26. Obrazy uzyskane na drodze kolejnych multiplikacji prą ż ków holograficznych. Przemieszczenia mierzone w pł aszczyź ni

e obiektu: a) bez multiplikacji, b) dwukrotna multiplikacja, c) czterokrotna multi-plikacja

M etoda mory —•  uż ywana jest rzadko [94] ze wzglę du na stosunkowo małą  dokładność i sł abą  czytelność w mał ych obszarach jedynie jako uzupeł nienie innych metod np. elasto-optycznej.

M etoda fotografii plamkowej zastosowana został a po •  raz pierwszy do badań w mecha-nice pę kania w pracach autorów polskich [95], [96]. Pomiar polowy uzyskany tą  metodą tzw. spektogramy, bę dą ce obrazem prą ż ków o stał ych normalnych (do obserwowanej powierzchni) skł adowych przemieszczeń (izotety) jest mał o precyzyjny, ź le czytelny i służ yć może do orientacyjnego okreś lenia np. pasm poś lizgu w okolicy szczeliny. Znacznie lepsze rezultaty uzyskać moż na metodą  punktową , która pozwala na rejestrację  przemieszczeń od rzę du uł amków mikrometra do kilkuset mikrometrów, w zależ noś ci od sposobu ustawienia ukł adu optycznego. Uchwycenie punktów o najwię kszych przemieszczeniach, jak również