ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ И СПЕКЛ-ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ЭЛМЕНТОВ АВИАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Е.Г.Безмогорычная, В.С.Кривцов, А.А.Рассоха

Для исследования деформирования элементов авиационных конструкций в настоящее время наиболее широкое применение находит схема получения спекл-голограмм двойной экспозиции на фотопластине, прикрепленной к исследуемой поверхности /1/. Такая спекл-голограмма является еще и голограммой В.Н.Денисюка и может расшифровываться как обычная спекл-фотография двойной экспозиции (просвечивание неразведенным лазерным лучом или оптическая фильтрация), как голограмма. со встречным опорным пучком (например, по методике, предложенной в /2/) и как голограмма сфокусированного изображения со встречным опорным пучком (с анализом интерференционной картины, возникавшей при отражении от голограммы неразведенного лазерного луча /3/). В первом случае могут быть определены только те компоненты перемещений поверхности, которые лежат в плоскости, параллельной фотопластине, что, вообще говоря, достаточно чтобы определить все компоненты тензора деформаций на поверхности. В двух других случаях можно измерить все компоненты вектора перемещений любой точки исследуемой поверхности.

Указанная схема получения спекл-голограммы, совмещенной с голограммой со встречным опорным пучком, выгодно отличается

- 112 -

от других схем голографической интерферометрии и спекл-интерферометрии простотой, нечувствительностью к вибрациям и перемещениям исследуемой поверхности как целого. Кроме того, такая схема позволяет получать и голограммы двойной экспозиции с ортогональным пучком, предложенные в /3/ для выравнивания чувствительности голограмм двойной экспозиции (точнее голографических интерферограмм) к перемещениям в плоскости фотопластины и по нормали к ней. Для получения голограмм двойной экспозиции с ортогональным пучком в рамках обсуждаемой схемы достаточно осветить исследуемую поверхность пучком, распространяющимся параллельно (или почти параллельно) фотопластине, прикрепленной к поверхности под некоторым (обычно небольшим) углом к ней. При этом освещающий объект пучок служит опорным, он ортогонален объектному и распространяется параллельно или почти параллельно фотоэмульсионному слою.

Определение деформаций по голограммам двойной экспозиции, полученным с помощью указанной схемы, можно проводить с помощью общей методики деформационной расшифровки голограмм, предложенной в /2/ и сводящейся к решению системы в общем случае шести алгебраических уравнений относительно компонент тензора деформаций на исследуемой поверхности. Правые части этих уравнений обратно пропорциональны расстоянию между интерференционными полосами на трех голографических интерферограммах объекта для различных углов наблюдения.

Однако для определения перемещений эта методика трудоемка, так как предполагает интегрирование измеренных деформаций. Для определения вектора пространственного смещения в работе /2/ предложено анализировать интерференционную картину, возникающую при отражении неразведенного лазерного луча от голограммы двойной экспозиции, наложенной на исследуемую поверхность во время записи (а также от голограммы сфокусированного изображения со встречным опорным пучком).

Интерференционная картина на экране при падении неразведенного лазерного луча на такую голограмму обусловлена интерференцией излучений, формирующих идентичные снекл-пятна восстановленных лучом участков исследуемой поверхности, и поэтому

- 113 -

u = l n (1)

где l - длина волны излучения.

Направление вектора перемещения в пространстве совпадает с направлением вектора, соединяющего центр концентрических интерференционных полос на экране с восстанавливаемым участком поверхности. При этом интерференционная картина образуется, как правило, в большом телесном угле вокруг восстанавливаемого участка, а направление вектора перемещения определяется с точностью до знака.

Поскольку подсчет общего числа интерференционных полос n обычно затруднен из-за большого их числа или невозможности наблюдать картину интерференции в полном (или достаточно большом) телесном угле, то на практике оказывается более удобным найти такое положение плоского экрана, при котором на нем возникает система почти параллельных интерференционных полос (при этом плоскость экрана оказывается параллельной направлению перемещения). Величина перемещения восстанавливаемого участка связана с расстоянием между интерференционными полосами на экране в таком случае соотношением:

u = l d/b (2)

Определение перемещений с помощью формул (1) и (2) производят для ряда точек исследуемой поверхности, а для вычисления деформаций дифференцируют соответствующие компоненты перемещения по координатам.

Методика определения напряжений в объектах, находящихся в плоском напряженном состоянии, т.е. не изменяющемся в направлении, нормальном к исследуемой поверхности, значительно упрощается, если учесть соотношение, следующее из обобщенного закона

- 114 -

Гука:

s _x + s _y = 2eu_z/m t (3)

u_z = l n/2 (4)

где n - номер интерференционной полосы на голографической интерферограмме, полученной с голограммы, скрепленной с поверхностью объекта при освещении и наблюдении по нормали к ней.

Соотношением (3) можно пользоваться, в частности, для определения напряжений в точках на нагруженных и свободных границах объекта, при контактных взаимодействиях твердых тел, на контуре концентраторов напряжений, для измерения остаточных напряжений методом деструкции и в ряде других задач механики деформируемого твердого тела, исследуемых с помощью голографической интерферометрии.

- 115 -

волокон, сопровождающих процесс ползучести.

Голографическое и спекл-интерферометрическое исследование деформирования анизотропных слоистых оболочек двойной кривизны с переменной в кольцевом направлении жесткостью показало существенность влияния поперечных сдвиговых деформаций на перемещения и позволило изучить напряженно-деформированное состояние вблизи мест приложения сосредоточенных усилий и сопряжении при неосесимметричном нагружении.

2. А.А.Рассоха. Исследование деформаций твердых тел с помощью методов, совмещающих голографическую и спекл-интерферометрию. В кн. "Физические основы голографии". Л., стр.160-171, 1979.

3. А.А.Рассоха. Голографическая диагностика макронеоднородных твердых тел. В кн. "Голография и оптическая обработка информации, методы и аппаратура", Л., сгр.204-211, 1980.