Ждем Ваших писем...
   

 

СПЕКЛ-ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ

А.А.Рассоха, В.Ю.Полонский

В данной работе использована комплексная методика исследования пластических деформаций, заключающаяся в записи голограмм по схеме во встречных пучках с накладным интерферометрическим датчиком [1], их расшифровке и регистрации кинетики пластических: деформаций в реальном масштабе времени [2].

Пластически деформированные области характеризуются незначительной подвижностью интерференционных полос при изменении угла наблюдения. В связи с этим определение планарных перемещений по известной методике [3] связано с большими погрешностями. Свойства голограмм, записанных по схеме во встречных пучках с наложением на поверхность объекта, позволяют определить нормальные перемещения по голографическим интерферограммам и планарные перемещения - путем сканирования неразведенным лучом лазера и при помощи пространственной фильтрации.

Рассмотрим пластическое деформирование тонких пластин, подверженных растягивающему усилию. Образцы имели размеры 400х30х2мм и были изготовлены из сплава Д16Т. Схема записи голограмм изображена на рис.1. Луч лазера 1 расширяется микрообъективом 2, коллимизуется линзой 3 и, отражаясь от полупрозрачного зеркала 4, направляется на голограмму 5, закрепленную с помощью податливых держателей на исследуемом объекте 6. В верхнем держателе 7 вмонтирован разбрызгиватель 8 с форсунками. Нижний держатель 9 выполнен в виде ванночки. Химический раствор подается в разбрызгиватель и после смывания голограммы собирается в ванночке, откуда он отбирается и подается вновь на вход разбрызгивателя. Полупрозрачное зеркало служит для обеспечения возможности совмещения векторов освещения, что снижает

- 51 -

погрешность при количественной расшифровке голографических интерферограмм.

При нагружении объекта на проявленной на месте голограмме отображается картина, которая фиксируется кинокамерой 10 и характеризует нормальные к плоскости объекта перемещения.

На рис.2 представлены кадры из кинофильма, зафиксировавшего нагружение образца от 98 до 98,1% от разрушающего усилия при скорости перемещения захватов 0,001мм/с. Пластическое деформирование протекало в двух близко расположенных узких областях, которые в процессе нагружения распространялись от нижней боковой границы образца в направлении верхней под углом 60° к направлению растяжения. Зная скорость киносъемки, можно определить скорость развития областей пластических деформаций. В длину они распространялись со скоростью 7,2мм/с, а в ширину - со скоростью 1,2 мм/с. После того, как область пластических деформаций охватила всю ширину образца, ее дальнейшее развитие протекало с увеличением ширины и смещения точки максимальных нормальных перемещений внутри образовавшейся области в середину. Приведенные интерференционные картины характеризуют поле нормальных к плоскости образца перемещений, которые определяются по формуле:

(1)

где λ - длина волны лазера;

n - порядок интерференционной полосы.

Для определения вектора перемещения в плоскости исследуемого образца дважды экспонированную фотографическую пластину устанавливают в подвижный держатель 4 (рис. 3) и просвечивают неразведенным лучом лазера 1. В результате интерференции образованных при прохождении луча лазера через спекл-структуру голограммы дифракционных конусов на экране 3 формируются полосы Юнга. Густота их обратно пропорциональна величине перемещения точки образца, соответствующей высвечиваемой точке на голограмме, а перпендикуляр, восстановленный к ним, указывает направления вектора перемещения. При регистрации голограмм во встречных

- 52 -

пучках величина перемещения в плоскости образна определяется по формуле:

(2)

где l - расстояние от голограммы до экрана (рис. 3);

s - расстояние между полосами Юнга.

На рис.4.а приведена голографическая интерферограмма пластически деформированной пластины, характеризующая нормальные перемещения. Область пластических деформаций шириной 4-6мм наклонена под углом 60° к направлению растяжения и представляет собой, согласно схеме нумерации полос (цена полосы - 0,3 мкм) (рис.4.б), уточнение образца. На рис.4.в приведены результаты расшифровки планарных перемещений. Как следует из этого рисунка, вектор перемещения вдоль области пластических деформаций меняет направление: по одну сторону от нее от 55° до 15° и по другую - от 0° до 42° к направлению приложения растягивающего усилия. Это говорит о том, что, кроме сдвига и удаления частей образца по разные стороны от области пластических деформаций, происходит и вращение их друг относительно друга. Отметим только, что этот эффект не был зафиксирован при определении перемещений по методике [3].

В развитой области пластических деформаций, например, такой, как на рис.5.а. можно выделить три области, в которых характер перемещения точек образца отличен. В ее двух боковых областях происходят сдвиг и растяжение образца. Полосы Юнга не наблюдаются из-за высокой степени локализации планарных и нормальных пластических деформаций. В центральной части этой области перемещения в плоскости примерно в 4-7 раз меньше, чем перемещения образца вблизи внешних границ области пластических деформаций. В свою очередь, на центральную часть приходятся (рис.5.б) максимальные значения нормальных смещений. Деформацияв ней равна нулю.

Метод поточечного сканирования спекл-фотографий является весьма эффективным при определении смещений в плоскости сложным образом пластически деформированных тел. Так. Например, на

- 53 -

рис.5 приведена голографическая интерферограмма, характеризующая нормальные перемещения пластины с отверстием (растягивающее усилие приложено по горизонтали). Из рисунка следует, что узкие области пластических деформаций являются границами упругих клиньев, перемещающихся в разных направлениях.

С помощью метода пространственной фильтрации можно определить проекции вектора перемещения пластически деформированных тел этот метод может быть использован как дополняющий к определению планарных перемещений метод поточного сканирования, так как в указанных боковых границах области пластических деформаций полосы Юнга не наблюдаются. Голограмму двойной экспозиции устанавливают в положении 3 схемы рис.6. Фотокамера 5 располагается так, чтобы диафрагма находилась в фокусе линзы 4. Отклоняя фотокамеру от этого положения вдоль оси х на расстояние lx(Рис.6), фиксируем картину, интерференционные полосы которой являются линиями равных проекций вектора перемещения:

(3)

где ¦ - фокусное расстояние линзы.

Для растягиваемой пластины (рис. 4,а) на рис.7 приведены интерференционные картины, зафиксированные в положениях фотокамеры 1-4, и соответствующие схемы нумерации интерференционных полос. Расстояния lx и lу в данном случае были одинаковы и равнялись 45 мм, а линза 2 имела фокусное расстояние 280 мм. При этом цена интерференционных полос на интерферограммах, соответствующих положениям фотокамеры 1 и 2, составила 3,9 мкм, а в положениях - 2, 8 мкм.

На рис. 8 графически изображены результаты расшифровки планарных перемещений границ пластической области растягиваемой Пластины (рис.4,а) методом поточечного сканирования и методом оптической фильтрации. Следует отметить хорошее соответствие результатов.

Таким образом, с помощью метода голографической интерферометрии, методов сканирования неразведенным лучом и пространственной фильтрации спекл-фотографий можно достаточно эффективно

- 54 -

анализировать поля пластических деформаций. В результате проведенных исследований установлено, что пластическое деформирование плоских образцов из сплава Д16Т происходит в узких областях и развивающемся в длину со скоростью 7,2 мм/с, а в ширину - со скоростью 1,2 мм/с при скорости перемещения захватов образца с размерами 400х30х3 мм 0,001 мм/с.

В боковых частях развитой области пластических деформаций (рис.4,а) происходит удаление и сдвиг, сопровождающийся вращением частей образца друг относительно друга, а также утонение образца, характеризуемое большими деформациями. В центральной части смещения в плоскости значительно ниже, нормальные перемещения максимальны, но деформацияравна нулю.

Перемещения uх границ развитой области пластических деформаций примерно в два раза превышает соответствующие перемещения uy и максимальные значения uz.

- 55 -

Рис.1. Схема проведения эксперимента.

Рис.2. Развитие областей пластических деформаций в растягиваемой пластине.

- 56 -

Рис. 3. Схема определения перемещений в плоскости образца.

1 - луч лазера, 2 - голограмма, 3 - экран, 4 - вертикально подвижный держатель голограммы, 5 - горизонтально подвижный элемент, 6 - направляющая

Рис.4. Перемещение растягиваемой пластины вблизи области пластических деформаций (мкм)

- 57 -

в)

- 58 -

Рис.5. Планарные перемещения образца с отверстием при растяжении (мкм).

- 59 -

Рис. 6. Оптическая схема определения смещений в плоскости пластически деформированных тел:

1 - микрообъектив, 2 - коллимирующая линза, 3 - голограмма, 4 - линза, 5 - фотокамера.

- 60 -

pиc.7. Голографические интерферограммы и схемы нумерации полос, соответствующие отдельным проекциям вектора перемещения.

- 61 -

Рис. 8. Нормальные перемещения uz планарные uХ и uУ, определенные с помощью метода поточечного сканирования (кривая 1) и метода пространственной фильтрации (кривая 2) по длине пластической области.

Ќ § ¤‚ ­ з «®
 

Copyright © 1999-2004 MeDia-security, webmaster@media-security.ru

  MeDia-security: Новейшие суперзащитные оптические голографические технологии, разработка и изготовление оборудования для производства и нанесения голограмм.Методика применения и нанесения голограмм. Приборы контроля подлинности голограмм.  
  Новости  
от MeDia-security

Имя   

E-mail

 

СРОЧНОЕ
ИЗГОТОВЛЕНИЕ
ГОЛОГРАММ!!!

г.Москва, Россия
тел.109-7119
vigovsky@media-security.ru

Голограммы.Голограммы
на стекле.Голограммы на
плёнке.Голографические
портреты.Голографические
наклейки.Голографические
пломбы разрушаемые.
Голографические стикеры.
Голографическая фольга
горячего тиснения - фольга полиграфическая.

HOLOGRAM QUICK PRODUCTION!!!
Moscow, Russia
tel.+7(095)109-7119
vigovsky@media-security.ru

Holograms. Holograms on glass. Holographic film. Holographic portraits. Holographic labels. Holographic destructible seals. Holographic stickers. Holographic foil for hot stamping - polygraphic foil.