RU2621458C1

RU2621458C1 - Method of investigating thermal stresses arising in solid material body with polarization-optical method on model from piezo-optical material under local heat flow impact on them with theoretical coefficient determination of thermal stress concentration

Info

Publication number: RU2621458C1
Application number: RU2015154817A
Authority: RU
Inventors: Сергей Константинович Есаулов
Original assignee: Сергей Константинович Есаулов
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2017-06-06

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: model of a piezo-optical material is heated by a local heat flow. The resulting interference pattern is registered. The model is cooled and the distribution of isoclines and isochrome-strips is examined, the number and order of bands-isochrome is examined by using a polarizing microscope. The theoretical coefficient of the thermal stress concentration is determined as a ratio between the arising maximum and nominal stresses or as the ratio of the maximum order of the isochrome-band to the nominal order of the isochrome-band.

EFFECT: providing the possibility of determining the concentration of thermal stresses, when the material body is exposed to a local heat flow.

35 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области исследования термических напряжений, возникающих в твердом материальном теле, поляризационно-оптическим методом на моделях из пьезооптического (оптически чувствительного) материала при воздействии локальных тепловых потоков с определением теоретического коэффициента концентрации термических напряжений. Термические напряжения являются видом механического напряжения, возникающего в твердом материальном теле вследствие изменения температуры либо неравномерности ее распределения.The invention relates to the field of research of thermal stresses arising in a solid material body by the polarization-optical method on models of piezoelectric (optically sensitive) material when exposed to local heat fluxes with the determination of the theoretical concentration coefficient of thermal stresses. Thermal stresses are a type of mechanical stress that occurs in a solid material body due to changes in temperature or uneven distribution.

В твердом теле термические напряжения возникают из-за ограничения возможности теплового расширения (сжатия) со стороны окружающих частей тела или со стороны других тел, окружающих данное тело. Термические (температурные) напряжения могут быть причиной разрушения деталей и элементов конструкции технических устройств и, соответственно, требуют исследования картины напряженно-деформированного состояния и опасности возникающих в теле термических напряжений при локальном тепловом воздействии. Под локальным тепловым потоком понимается воздействие источника теплового потока только на определенную (ограниченную) часть поверхности исследуемого материального тела в виде теплового пятна различных форм и размеров.In a solid, thermal stresses arise due to the limitation of the possibility of thermal expansion (compression) from the side of the surrounding body parts or from other bodies surrounding the body. Thermal (temperature) stresses can cause the destruction of parts and structural elements of technical devices and, accordingly, require an investigation of the stress-strain state and the danger of thermal stresses arising in the body under local thermal exposure. The local heat flux is understood as the influence of the heat flux source only on a certain (limited) part of the surface of the material body under study in the form of a heat spot of various shapes and sizes.

Известен поляризационно-оптический метод определения напряжений, заключающийся в том, что объект просвечивают поляризованным светом, измеряют индуцированную напряжениями оптическую разность хода и величину параметра изоклины, по которым с использованием тарировочных зависимостей между напряжениями и оптической разностью хода определяют напряжения [1].A known polarization-optical method for determining stresses is that the object is illuminated with polarized light, the optical path difference induced by the voltages and the value of the isocline parameter are measured, according to which, using the calibration dependencies between the voltages and the optical path difference, the voltages are determined [1].

Недостатком этого метода является то, что он не позволяет исследовать интерференционную картину, возникающую при воздействии на модель локального теплового потока, характеризующую напряженно-деформированное состояние модели.The disadvantage of this method is that it does not allow to study the interference pattern that occurs when a local heat flux is applied to the model, which characterizes the stress-strain state of the model.

Известен поляризационно-оптический способ определения температурных напряжений в изделии, заключающийся в том, что изготавливают элементы модели из оптически чувствительного материала и к присоединяемым поверхностям каждого из них прикрепляют металлическую фольгу, после «замораживания» предыдущих элементов изготавливают пуансон по форме присоединяемой поверхности части модели, посредством которого нагружают присоединяемую поверхность элемента с фольгой, каждый элемент дополнительно «замораживают», отсоединяют фольгу и присоединяют элемент к части модели [2].A polarization-optical method for determining temperature stresses in an article is known, namely, that model elements are made of optically sensitive material and metal foil is attached to the surfaces to be joined, after “freezing” of the previous elements, a punch is made in the form of the surface of the model part to be attached, by which load the attached surface of the element with the foil, each element is additionally “frozen”, the foil and the joining are disconnected nyayut element to the parts of the model [2].

Основными недостатками этого способа является:The main disadvantages of this method are:

- используют неоднократные циклы «замораживания» и «размораживания» различных составных элементов модели;- use repeated cycles of "freezing" and "thawing" of the various components of the model;

- определяют температурные напряжения всей составной модели, а не локальные термические (температурные) напряжения;- determine the temperature stresses of the entire composite model, and not local thermal (temperature) stresses;

- фиксируют термические напряжения с помощью металлической фольги;- fix thermal stresses using metal foil;

- используют составные элементы с различным коэффициентом расширения- use components with a different coefficient of expansion

- используют пуансон по форме присоединяемой части модели;- use a punch in the form of the attached part of the model;

- данным способом невозможно исследовать напряжения и деформации твердого материального тела поляризационно-оптическим методом на моделях из пьезооптического (оптически чувствительного) материала при воздействии локальных тепловых потоков, вызывающих в модели возникновение термических (температурных) напряжений.- using this method, it is impossible to study the stresses and deformations of a solid material body by the polarization-optical method on models of piezoelectric (optically sensitive) material when exposed to local heat fluxes that cause thermal (temperature) stresses in the model.

Целью изобретения является исследование термических напряжений возникающих в твердом материальном теле поляризационно-оптическим методом на модели из пьезооптического материала при воздействии на нее локального теплового потока, с определением теоретического коэффициента концентрации термических напряжений. Указанная цель достигается тем, что измеряют параметры двойного лучепреломления при локальном тепловом воздействии на моделях из пьезооптического материала и определяют теоретический коэффициент концентрации термических напряжений.The aim of the invention is to study the thermal stresses arising in a solid material by the polarization-optical method on a model of piezoelectric material when exposed to a local heat flux, with the determination of the theoretical concentration coefficient of thermal stresses. This goal is achieved by measuring the birefringence parameters under local thermal exposure on models of piezoelectric material and determining the theoretical concentration coefficient of thermal stresses.

Основа поляризационно-оптического метода заключается в измерении двойного лучепреломления. В опытах на стекле было установлено, что некоторые изотропные материалы, когда в них возникают напряжения или деформации становятся оптически анизотропными как кристаллы. Это явление и получило название искусственного двойного лучепреломления, а теперь чаще называется пьезооптическим эффектом [1]. Материалы, заметно проявляющие такие свойства, называются оптически чувствительными или пьезооптическими. Часто эти материалы называют оптически активными. К пьезооптическим материалам помимо стекла относятся целлулоид, плексиглас, материалы на основе фенолформальдегидных смол, эпоксидных смол и многие другие прозрачные материалы. Эпоксидные смолы могут быть выбраны из группы: ЭД-6, ЭД-6М, ЭД-16, ЭД-20, ЭД-22, Э-40, Э-41 или их модификации. Фенолоформальдегидные смолы могут быть выбраны из группы: бакелит, висхомлит, ИМ-44, каталин, тролон или их модификации. Модели из таких материалов, изготовленные и нагруженные в соответствии с требованиями теории моделирования исследуются в поляризованном свете.The basis of the polarization-optical method is the measurement of birefringence. In experiments on glass, it was found that some isotropic materials, when stresses or deformations arise in them, become optically anisotropic like crystals. This phenomenon is called artificial birefringence, and is now more often called the piezoelectric effect [1]. Materials noticeably exhibiting such properties are called optically sensitive or piezoelectric. Often these materials are called optically active. Piezooptical materials in addition to glass include celluloid, plexiglass, materials based on phenol-formaldehyde resins, epoxies and many other transparent materials. Epoxy resins can be selected from the group: ED-6, ED-6M, ED-16, ED-20, ED-22, E-40, E-41 or their modifications. Phenol-formaldehyde resins can be selected from the group: bakelite, vischomlite, IM-44, catalin, trolon, or their modifications. Models made of such materials, fabricated and loaded in accordance with the requirements of modeling theory are investigated in polarized light.

Исследования напряжений и деформаций твердого материального тела поляризационно-оптическим методом на модели из пьезооптического материала при воздействии на нее локального теплового потока осуществляют на первоначально ненагруженной модели, не имеющей механических напряжений. Исследование возникающих термических (температурных) напряжений и деформаций при воздействии локального теплового потока осуществляют на плоской модели из пьезооптического материала.Studies of stresses and deformations of a solid material body by the polarization-optical method on a model of piezoelectric material when exposed to a local heat flux are carried out on an initially unloaded model that does not have mechanical stresses. The study of the emerging thermal (temperature) stresses and strains when exposed to a local heat flux is carried out on a flat model of piezoelectric material.

Теория пьезооптического эффекта основывается на теории Неймана и теории Максвелла [1]. По теории Неймана [1] оптическая разность хода пропорциональна разности главных деформаций, а главные направления тензоров деформаций и диэлектрической проницаемости совпадают. По теории Максвелла [1] оптическая разность хода пропорциональна разности главных напряжений, а направления главных диэлектрических проницаемостей сосны с главными напряжениями.The theory of the piezoelectric effect is based on Neumann theory and Maxwell theory [1]. According to the Neumann theory [1], the optical path difference is proportional to the difference between the principal strains, and the principal directions of the strain and dielectric tensors coincide. According to Maxwell's theory [1], the optical path difference is proportional to the difference between the main stresses, and the directions of the main dielectric constants of the pine with the main stresses.

Оптическая разность хода δ при просвечивании напряженной модели из пьезооптического материала будет соответственно определяться по формуламThe optical path difference δ during transmission of a tense model of a piezoelectric material will be respectively determined by the formulas

где δ - оптическая разность хода, нм;where δ is the optical path difference, nm;

d - толщина кристалла, м; ε₁, ε₂ - главные деформации, безразмерные величины;d is the thickness of the crystal, m; ε ₁ , ε ₂ - the main deformation, dimensionless quantities;

σ₁, σ₂ - главные напряжения, Н/м²;σ ₁ , σ ₂ - the main stress, N / m ² ;

С_ε - постоянная, которую называют оптическим коэффициентом деформации, безразмерная величина;With _ε is a constant, which is called the optical strain coefficient, dimensionless quantity;

С_σ - оптический коэффициент напряжений, размерность С_σ обратна размерности напряжения. В системе СИ измеряется м²/Н. В системе СГС измеряется в единицах 10^-7 см²/кг.With _σ - stress optical coefficient, dimension C _σ dimension inverse voltage. In the SI system, m ² / N is measured. In the GHS system is measured in units of 10 ^-7 cm ² / kg.

В упругом механически изотропном теле направления главных напряжений и деформаций совпадают, а деформации связаны с напряжениями линейным законом Гука [1]. Обе указанные теории по существу приводят к одним и тем же результатам. В соответствии с законом Гука [1] связь напряжений и деформаций определяется по формулеIn a mechanically elastic isotropic body, the directions of the main stresses and strains coincide, and the strains are related to stresses by the Hooke's linear law [1]. Both of these theories essentially lead to the same results. In accordance with Hooke's law [1], the relationship of stress and strain is determined by the formula

а связь между коэффициентами С_ε и С_σ and the relationship between the coefficients C _ε and C _σ

где: Е - модуль Юнга (модуль упругости первого рода), Н/м²;where: E - Young's modulus (modulus of elasticity of the first kind), N / m ² ;

μ - коэффициент Пуассона, безразмерная величина.μ - Poisson's ratio, dimensionless quantity.

Поляризационная экспериментальная установка составляет основу для прикладных исследований напряженно-деформированного состояния моделей из пьезооптического материала при локальном тепловом воздействии. Экспериментальная установка для исследований локального теплового воздействия представлена на Фиг. 1 и Фиг. 2 и является плоским полярископом, принцип действия которого основан на использовании свойств поляризованного света. Экспериментальная установка включает в себя: 1 - источник света, 2 - поляризатор, 3 - анализатор, 4 - исследуемая модель, 5 - нагревательная печь, 6 - теплоподводящий стержень, 7 - термостатированная камера для моделей, 8 - устройство для нагружение модели сжимающими усилиями, 9 - устройство для нагружения модели растягивающими усилиями. В состав экспериментальной установки входит ряд специально разработанных систем к которым относятся: система плоского-поляризованного света, система нагружения моделей осевыми растягивающими усилиями или сжимающими усилиями, система термостатирования образцов, обеспечивающих заданную температуру исследуемой модели, система теплоподводящих стержней, обеспечивающих локальное тепловое воздействие на модель, система измерения и регистрации температур в заданном интервале, система контроля достоверности регистрируемых температур по контрольным точкам (Т_п.л=0°С - температура плавления льда, Т_к.в=100°С - температура кипения воды, Т_п.нафт=80,26°С - температура плавления нафталина, Т_п.эвт=183°С - температура плавления легкоплавкой эвтектики типа олово-свинец ПОС-61), система измерения интенсивности теплового потока от теплоподводящих стержней калориметрическим методом, система фотографирования моделей в поляризованном свете.The polarization experimental setup forms the basis for applied research on the stress-strain state of models of piezoelectric material under local thermal exposure. An experimental setup for studies of local heat exposure is shown in FIG. 1 and FIG. 2 and is a flat polariscope, the principle of which is based on the use of the properties of polarized light. The experimental setup includes: 1 - a light source, 2 - a polarizer, 3 - an analyzer, 4 - a test model, 5 - a heating furnace, 6 - a heat-supply rod, 7 - a thermostatic chamber for models, 8 - a device for loading the model with compressive forces, 9 - a device for loading the model by tensile forces. The experimental setup includes a number of specially designed systems, which include: a plane-polarized light system, a system for loading models with axial tensile forces or compressive forces, a temperature control system for samples that provide a given temperature for the model under study, a system of heat-conducting rods that provide local thermal influence on the model, a system for measuring and recording temperatures in a given interval, a system for monitoring the reliability of recorded temperatures control points _(pl T = 0 ° C - ice melting temperature, T = _KV 100 ° C - boiling point of water, _p.naft T = 80.26 ° C - the melting point of naphthalene, T = 183 _p.evt ° C is the melting temperature of the low-melting eutectic of the tin-lead type POS-61), a system for measuring the intensity of the heat flux from heat-conducting rods by the calorimetric method, a system for photographing models in polarized light.

Поляроидные пластинки превращают естественный свет в плоско-поляризованный. Система нагружения моделей позволяет нагружать их осевыми растягивающими или сжимающими усилиями в диапазоне 0,3…10 КГ. В качестве нагревателя используется печь типа СОУЛ, с максимальной рабочей температурой до 1200°С. Обеспечение локального контактного теплового воздействия осуществляется медными или латунными цилиндрическими стержнями (теплоподводящие стержни), различных диаметров, разогретых в рабочей камере печи СОУЛ. Поддержание заданной температуры воздействия регулируется посредством изменения величины напряжения, подаваемого на нагревательные элементы печи. Система термостатирования образцов состоит из камеры, внутренняя полость которой заполнена маслом; электрических нагревательных элементов с системой автоматического включения и отключения в заданном интервале температур.Polaroid plates transform natural light into plane-polarized. The loading system of the models allows them to be loaded with axial tensile or compressive forces in the range of 0.3 ... 10 KG. As a heater, a SOUL type furnace is used, with a maximum operating temperature of up to 1200 ° C. Providing local contact heat exposure is carried out by copper or brass cylindrical rods (heat-conducting rods) of various diameters heated in the working chamber of the SOUL furnace. Maintaining a given exposure temperature is regulated by changing the magnitude of the voltage supplied to the heating elements of the furnace. The temperature control system of the samples consists of a chamber, the internal cavity of which is filled with oil; electric heating elements with an automatic on and off system in a given temperature range.

Система измерения и регистрации температур включает в себя проволочные термопары никель-хром-никель (хромель-алюмель), магазин сопротивлений и осциллограф Н.071.1. Фотографирование образцов в поляризованном свете осуществлялось с помощью фотоаппаратов. В экспериментальной установке при проведении исследований используют: естественный - белый свет, монохроматический свет, свет - поляризованный по кругу.The temperature measurement and recording system includes nickel-chromium-nickel (chromel-alumel) wire thermocouples, a resistance store and an H.071.1 oscilloscope. Photographing samples in polarized light was carried out using cameras. In the experimental setup, when conducting research, they use: natural - white light, monochromatic light, light - polarized in a circle.

Естественный - белый свет представляет собой волновой пакет или цуг волн, который включает в себя весь диапазон частот видимого света, соответствующий длинам волн λ=400…750 нм.Natural - white light is a wave packet or train of waves, which includes the entire frequency range of visible light corresponding to wavelengths λ = 400 ... 750 nm.

В качестве источника монохроматического используют газоразрядные лампы, например, ртутные или натриевые лампы. Монохроматический свет можно выделять из белого при помощи светофильтров. Высокой степенью монохроматичности обладает излучение оптических квантовых генераторов - лазеров.As a monochromatic source, gas discharge lamps are used, for example, mercury or sodium lamps. Monochromatic light can be extracted from white using filters. A high degree of monochromaticity has the radiation of optical quantum generators - lasers.

Свет - поляризованный по кругу получают в круговом полярископе. В круговом полярископе используют две круговые поляроидные пластинки. Круговой полярископ можно получить и из простого плоского полярископа добавив две пластинки с разностью хода световых лучей в четверть длины волны (δ=λ/4). Одну пластинку в четверть длины волны устанавливают между поляризатором и моделью, а вторую пластинку в четверть длины волны устанавливают между моделью и анализатором. Поляризатором и анализатором служат элементы (поляроидные пластинки), которые превращают естественный свет в плоско-поляризованный.Light - circularly polarized is obtained in a circular polariscope. In a circular polariscope, two circular polaroid plates are used. A circular polariscope can also be obtained from a simple flat polariscope by adding two plates with a difference in the path of light rays in a quarter of the wavelength (δ = λ / 4). One quarter-wavelength plate is installed between the polarizer and the model, and a second quarter-wavelength plate is installed between the model and the analyzer. The polarizer and analyzer are the elements (polaroid plates) that turn natural light into plane-polarized.

Монохроматическая плоско-поляризованная волна падает на просвечиваемую модель из оптически активного материала, при этом модель просвечивается по направлению нормали к плоскости и находится в однородном по объему напряженном состоянии. Главные напряжения σ₁ и σ₂ сосны с направлениями главных деформаций (например, упругое деформирование изотропного материала), тогда эти напряжения будут одновременно и направлением главных осей тензора диэлектрической проницаемости.A monochromatic plane-polarized wave is incident on a translucent model of optically active material, while the model is translucent in the direction normal to the plane and is in a stress state uniform in volume. The main stresses σ ₁ and σ _{2 of the} pine with the directions of the main deformations (for example, elastic deformation of an isotropic material), then these stresses will also be the direction of the main axes of the dielectric constant tensor.

Модель можно рассматривать как кристаллическую пластинку. Раскладывая колебания Е=Е_о cosωt в плоскости поляроидной пластинки на составляющие по направлениям квазиглавных напряжение получим выражения для колебания после прохождения через модельThe model can be considered as a crystalline plate. Expanding the oscillations Е = Е _о cosωt in the plane of the polaroid plate into components along the directions of the quasi-main voltage, we obtain expressions for the oscillation after passing through the model

где Е - вектор напряженности электрического поля монохроматичной плоской волны; Е_о - амплитуда световой волны; t, t₁, t₂ - время, с; ω - круговая частота, число колебаний в π секунд;where E is the electric field vector of a monochromatic plane wave; E _about - the amplitude of the light wave; t, t ₁ , t ₂ - time, s; ω is the circular frequency, the number of oscillations in π seconds;

Разность фаз колебаний E₁ и Е₂ будетThe phase difference of the oscillations E ₁ and E ₂ will be

Используя зависимость 2 для упругих материалов, получимUsing dependence 2 for elastic materials, we obtain

где Ф - разность фаз колебаний, λ - длина волны, нм.where f is the phase difference of the oscillations, λ is the wavelength, nm.

Таким образом, при упругом деформировании механически изотропных моделей, напряжения в которых распределены равномерно на пути просвечивания, сдвиг фаз пропорционален разности главных напряжений, а направление главных осей диэлектрического тензора совпадают с направлением главных напряжений.Thus, during the elastic deformation of mechanically isotropic models, the stresses in which are distributed uniformly along the transmission path, the phase shift is proportional to the difference in the principal stresses, and the direction of the principal axes of the dielectric tensor coincides with the direction of the principal stresses.

Выражение 7 носит название закона Вертгейма [1] и является фундаментальным при исследовании упругих задач.Expression 7 is called the Wertheim law [1] and is fundamental in the study of elastic problems.

Чтобы измерить разность фаз и определить направление главных осей диэлектрического тензора, надо осуществить интерференцию колебаний. Для этой цели после модели устанавливается анализатор пропускающий колебания только в плоскости перпендикулярной плоскости поляроидной пластинки (такой полярископ называют скрещенным плоским).In order to measure the phase difference and determine the direction of the principal axes of the dielectric tensor, it is necessary to interfere with the oscillations. For this purpose, after the model, an analyzer is installed that transmits oscillations only in the plane perpendicular to the plane of the polaroid plate (such a polariscope is called crossed flat).

Учитывая суммарное колебание в плоскости перпендикулярной плоскости поляроидной пластинки и ряда преобразований после анализатора получают простое гармоничное колебание с амплитудой равной

.Given the total oscillation in the plane perpendicular to the plane of the polaroid plate and a number of transformations after the analyzer, a simple harmonic oscillation with an amplitude equal to

.

Интенсивность света, пропорциональна квадрату амплитуды и определяется выражениемThe light intensity is proportional to the square of the amplitude and is determined by the expression

где κ - коэффициент пропорциональности, в который можно включить общие для этих составляющих потери света, безразмерная величина;where κ is the coefficient of proportionality, into which it is possible to include light losses common to these components, a dimensionless quantity;

α - угол между плоскостью поляризации и первым квазиглавным направлением тензора диэлектрической проницаемости, радиан.α is the angle between the plane of polarization and the first quasi-main direction of the dielectric constant tensor, radian.

Плосконапряженная модель является в общем случае оптически неоднородной в своей плоскости (в плоскости фронта волны). Поэтому изображение модели на экране поляризационной установки будет освещено неравномерно, т.к. величины α и Ф при неоднородном напряженном состоянии модели меняются от точки к точке. В результате изображение модели на экране установки будет покрыто системой двух темных (I=0) и светлых полос с плавными переходами (Фиг. 3) - интерференционная картина. Возникающую интерференционную картину, характеризующую напряженно-деформированное состояние модели исследуют с помощью поляризационного микроскопа. К темным полосам относятся изоклины и изохромы-полосы. В тех областях, где направление одной из главных осей диэлектрического тензора совпадает с направлением плоскости поляризации (

или α=0) интенсивность света (I=0) окажется равной нулю (8). Темные линии в соответствующих областях модели называют оптическими изоклинами. Оптическая изоклина представляет собой е геометрическое место точек, в которых ориентация главных осей диэлектрического тензора одинакова. Угол, определяющий ориентацию этих осей, определяют как параметр изоклины. При упругом деформировании первоначально изотропной однородной модели оптические изоклины совпадают с механическими изоклинами и определяют геометрическое место точек, одинакового наклона главных напряжений.A plane-stressed model is generally optically inhomogeneous in its plane (in the plane of the wave front). Therefore, the image of the model on the screen of the polarization installation will be lit unevenly, because the values of α and Ф under an inhomogeneous stress state of the model vary from point to point. As a result, the image of the model on the installation screen will be covered by a system of two dark (I = 0) and light bands with smooth transitions (Fig. 3) - an interference pattern. The resulting interference pattern characterizing the stress-strain state of the model is examined using a polarizing microscope. Dark bands include isoclines and isochromic bands. In those areas where the direction of one of the principal axes of the dielectric tensor coincides with the direction of the plane of polarization (

or α = 0) the light intensity (I = 0) will be equal to zero (8). Dark lines in the corresponding areas of the model are called optical isoclines. The optical isocline is the e-locus of the points at which the orientation of the principal axes of the dielectric tensor is the same. The angle determining the orientation of these axes is determined as an isocline parameter. During elastic deformation of an initially isotropic homogeneous model, the optical isoclines coincide with the mechanical isoclines and determine the geometric location of the points, the same slope of the main stresses.

Чтобы определить направление главных осей диэлектрического тензора в какой либо точке модели, производят синхронное вращение поляризатора и анализатора, сохраняя прямой угол между их осями пропускания. При этом вращение изоклины будет перемещаться по полю изображения. В этот момент, когда изоклина проходит через выбранную точку, берут отсчет угла по лимбу поляризатора.To determine the direction of the principal axes of the dielectric tensor at any point in the model, the polarizer and analyzer are synchronously rotated, maintaining a right angle between their transmission axes. In this case, the rotation of the isocline will move along the image field. At this moment, when the isocline passes through the selected point, they take the angle reading along the limb of the polarizer.

Для анализа напряженно деформированного состояния модели используют основополагающий метод, метод изохром-полос [1]. Интенсивность света меняется так же в зависимости от величины сдвига фаз и оказывается равной нулю тогда, когда Ф=0 илиTo analyze the stress-strain state of the model, they use the fundamental method, the isochrom strip method [1]. The light intensity also changes depending on the magnitude of the phase shift and turns out to be zero when Φ = 0 or

где n - положительное число.where n is a positive number.

Если сдвиг фаз равен 0, 2π, 4π, …, то в этих точках интенсивность света будет равна нулю. При упругом деформировании первоначально однородной изотропной модели изохромы-полосы определяют геометрическое место точек с одинаковой разностью главных напряжений. Изохромы-полосы нулевого порядка или точки с нулевой разностью хода определяют геометрическое место точек, где разность главных напряжений равна нулю. Для обнаружения изотропных точек и нулевых изохром-полос модель просвечивают естественным, то есть белым светом, при этом они выглядят как черные пятна или черные полосы на цветном фоне.If the phase shift is 0, 2π, 4π, ..., then at these points the light intensity will be zero. During elastic deformation of an initially homogeneous isotropic model, isochrome strips determine the geometrical location of points with the same difference in principal stresses. Zero-chromium stripes of order zero or points with zero path difference determine the geometrical location of points where the difference in principal stresses is zero. To detect isotropic points and zero isochromatic bands, the model is translucent with natural, that is, white light, while they look like black spots or black stripes on a colored background.

Изохрома-полоса представляет собой геометрическое место этих точек, соответствующих постоянному для каждой полосы (и разному для разных полос) значению оптической разности хода (δ), равнойThe isochromic strip is the geometrical location of these points corresponding to a constant for each band (and different for different bands) value of the optical path difference (δ) equal to

Величину n=1, 2, 3 …, положительное число, называют порядком полосы-изохромы и устанавливают подсчетом количества затемнений, прошедших через исследуемую точку во время процесса нагружения модели или локального теплового воздействия. Порядок полосы n прямо пропорционален оптической разности хода δ, нм, и обратно пропорционален длине волны света λ, нм. Кроме этого порядок полосы n пропорционален разности главных напряжений σ₁ и σ₂, Н/м², или удвоенным наибольшим касательным напряжениям 2τ_max, Н/м².The value n = 1, 2, 3 ..., a positive number, is called the isochromic strip order and is set by counting the number of blackouts that passed through the point under study during the model loading process or local thermal exposure. The order of the strip n is directly proportional to the optical path difference δ, nm, and inversely proportional to the wavelength of light λ, nm. In addition, the order of the strip n is proportional to the difference between the principal stresses σ ₁ and σ ₂ , N / m ² , or the doubled largest tangential stresses 2τ _max , N / m ² .

При определении цены изохромы-полосы, выражают разность главных напряжений в упругой изотропной модели через порядок изохромы-полосы. Из 9 и 7 находятWhen determining the price of the isochromic strip, the difference in the principal stresses in the elastic isotropic model is expressed through the order of the isochromic strip. Of 9 and 7 find

отношениеthe attitude

называют ценой полосы материала, тогдаcalled the price of the strip of material, then

Полученное соотношение называют так же законом Вертгейма [1]. Цена полосы материала (или оптическая постоянная) σ_1.0, Н/м. В системе СГС обычно измеряют в кг/см на одну полосу. Цена полосы материала представляет собой разность главных напряжений, вызывающих в модели толщиной d=1 см, появление одной полосы. Значение цены полосы материала определяют тарировочными испытаниями. Величину σ_d определяют соотношениемThe resulting ratio is also called the Wertheim law [1]. The price of a strip of material (or optical constant) is σ _1.0 , N / m. In a GHS system, it is usually measured in kg / cm per lane. The price of a strip of material is the difference between the main stresses causing in the model with a thickness of d = 1 cm, the appearance of one strip. The value of the price of a strip of material is determined by calibration tests. The value of σ _d is determined by the ratio

и называют ценой полосы модели. Очевидно, чтоand called the price of the strip model. It's obvious that

Локальное тепловое воздействие на модели из пьезооптических материалов осуществляют тепловым воздействием от светового-лучистого излучения, тепловым воздействием от лазерного излучения, тепловым воздействием от струи плазмы, тепловым воздействием от продуктов сгорания смесей и веществ, контактным тепловым воздействием. Выбор способа теплового воздействия определяют необходимостью обеспечения просвечивания поляризованным светом либо всей модели, либо части модели, в которой исследуют интерференционную картину. Например, при воздействии высокоинтенсивных источников тепла в локальном тепловом пятне происходит обугливание материала модели, и соответственно модель теряет свою оптическую прозрачность именно в зоне локального теплового пятна. В этом случае интерференционную картину можно исследовать только вне зоны локального теплового пятна. При исследовании интерференционной картины в зоне теплового пятна и вне зоны теплового пятна обеспечивают такие тепловые потоки, при которых не происходит потери оптической прозрачности модели. К таким способам обеспечения теплового воздействия относят контактное тепловое воздействие, либо световое лучистое излучение, которые не нарушают оптической прозрачности материала, поэтому для большинства эпоксидных диановых смол температура на поверхности материала модели не должна превышать 180…200°С. Измерение температуры на поверхности модели при лучистом тепловом воздействии из-за отражения и неравномерности распределения температуры по световому лучу вносит дополнительные погрешности в процесс измерения температуры. Для исследования возникающей интерференционной картины характеризующей напряженно-деформированное состояние всей модели используют контактное тепловое воздействие. Контактное тепловое воздействие осуществляют медными или латунными цилиндрическими стержнями различных диаметров, разогретых до требуемой температуры.The local thermal effect on the models of piezoelectric materials is carried out by thermal exposure from light-radiant radiation, thermal exposure from laser radiation, thermal exposure from a plasma jet, thermal exposure from combustion products of mixtures and substances, contact thermal exposure. The choice of the method of thermal exposure is determined by the need to ensure transmission of polarized light to either the entire model or the part of the model in which the interference pattern is examined. For example, when exposed to high-intensity heat sources in a local heat spot, carbonization of the model material occurs, and, accordingly, the model loses its optical transparency precisely in the area of the local heat spot. In this case, the interference pattern can be studied only outside the local heat spot. When studying the interference pattern in the heat spot zone and outside the heat spot zone, such heat fluxes are provided that the model does not lose optical transparency. Such methods of providing thermal effects include contact thermal effects, or light radiant radiation, which do not violate the optical transparency of the material, therefore, for most epoxy Dian resins, the temperature on the surface of the model material should not exceed 180 ... 200 ° C. Temperature measurement on the model surface under radiant heat due to reflection and uneven temperature distribution over the light beam introduces additional errors in the temperature measurement process. To study the emerging interference pattern characterizing the stress-strain state of the entire model, contact thermal effect is used. Contact thermal effect is carried out by copper or brass cylindrical rods of various diameters, heated to the required temperature.

Для достижения цели изобретения и решения научных задач применяют основные схемы проблемно-ориентированных поляризационно-оптических методов исследования напряженно-деформированного состояния объектов исследования. К основным схемам поляризационно-оптических методов исследования напряжений и деформаций относят: метод изохром-полос, метод остаточных напряжений, метод замораживания напряжений и другие. Использование метода изохром-полос обусловлено тем, что оптические разности хода по всему полю модели можно определить путем фотографирования картины изохром-полос, с установлением порядка каждой изохромы-полосы. Порядок изохромы-полосы в данной точке находят, например, подсчетом количества затемнений в ней в процессе нагружения модели. Затем нумеруют по порядку изохромы-полосы на изображении модели, имея в виду, что порядки соседних изохром-полос обычно различаются на единицу. Направление счета изохром-полос можно установить путем наблюдения за направлением движения полос в процессе нагружения. Изохромы-полосы, в начале, появляются в точках с наибольшей оптической разностью хода и движутся в ту сторону, где эти разности при данной нагрузке меньше. Поэтому номера изохром-полос должны уменьшаться в направлении движения полос при нагружении модели. В окрестностях точек, где разность хода экстремальна, соседние изохромы-полосы имеют один и тот же порядок. Если через экстремальную точку проходит изохрома-полоса, то в процессе догрузки эта изохрома-полоса раздвигается. Возникшие таким образом две изохромы-полосы одного порядка двигаются в процессе нагружения в разные стороны от этой точки.To achieve the objectives of the invention and solve scientific problems, the basic schemes of problem-oriented polarization-optical methods for studying the stress-strain state of objects of research are used. The main schemes of polarization-optical methods for studying stresses and strains include: the isochromatic strip method, the method of residual stresses, the method of freezing stresses, and others. The use of the isochromatic band method is due to the fact that the optical path differences over the entire field of the model can be determined by photographing the isochromatic band pattern, with the establishment of the order of each isochromatic band. The order of the isochromic strip at a given point is found, for example, by counting the number of blackouts in it during the loading of the model. Then, the isochromic bands in the model image are numbered in order, bearing in mind that the orders of adjacent isochromic bands usually differ by one. The direction of counting of the isochromatic bands can be established by observing the direction of movement of the bands during loading. Isochrome stripes, at the beginning, appear at the points with the largest optical travel difference and move in the direction where these differences are less for a given load. Therefore, the numbers of isochromatic bands should decrease in the direction of the bands when the model is loaded. In the vicinity of points where the path difference is extreme, the neighboring isochromic bands are of the same order. If an isochromic band passes through an extreme point, then in the process of additional loading this isochromic band moves apart. The two isochromic bands of the same order that arose in this way move during loading in different directions from this point.

Однако способ установления порядка полос, основанный на счете их числа в процессе нагружения, часто оказывается неудобным, а иногда и нереализуемым. Обычно отыскивают (если они есть) изохромы-полосы нулевого порядка или точки с нулевой разностью хода. Эти точки называют изотропными. При упругом деформировании изотропные точки соответствуют местам, где разность главных или квазиглавных напряжение равна нулю. От нулевой все полосы нумеруют по порядку. Для выделения изотропных точек и нулевых изохром-полос целесообразно использовать белый свет. В этом случае они выглядят как черные пятна или черные полосы на цветном фоне.However, the method of establishing the order of the bands, based on counting their number during loading, is often inconvenient, and sometimes unrealizable. Usually they search (if any) for zero-order isochrome strips or points with zero path difference. These points are called isotropic. During elastic deformation, isotropic points correspond to places where the difference between the principal or quasi-principal stresses is zero. From zero, all the bands are numbered in order. To highlight isotropic points and zero isochromic bands, it is advisable to use white light. In this case, they look like black spots or black stripes on a colored background.

Изотропные точки или изохромы-полосы необходимо отличать от изоклин. Для этого обычно наблюдают интерференционную картина при синхронном повороте плоскостей пропускания поляризатора и анализатора. Если при этом черная полоса не перемещается по полю, то она является полосой нулевого порядка, если перемещается - это изоклина. Метод изохром-полос позволяет определять величину оптической разности хода, кратную 1/2 длины волны используемого света (светлая или темная полоса) и поэтому может непосредственно использоваться в тех случаях, когда оптическая разность хода превышает в исследуемых точках 6…10 полос.Isotropic points or isochromic stripes must be distinguished from isoclines. For this, an interference pattern is usually observed when synchronously rotating the transmission planes of the polarizer and analyzer. If at the same time the black strip does not move across the field, then it is a strip of zero order, if it moves, it is an isocline. The isochromic strip method allows one to determine the optical path difference that is a multiple of 1/2 the wavelength of the light used (light or dark band) and therefore can be directly used in cases where the optical path difference exceeds 6 ... 10 bands at the studied points.

В тех случаях, когда в исследуемой точке отсутствуют изотропные точки, и нет возможности вести счет числа изохром-полос в процессе нагружения, для определения номера изохромы-полосы можно использовать некоторые методы компенсации. Эти методы используют тогда, когда оптическая разность хода недостаточна для ее определения с требуемой точностью методом изохром-полос. В этих случаях измерения проводятся последовательно во всех интересующих нас точках модели при помощи специального прибора-компенсатора. Обычно компенсатор устанавливают между моделью и анализатором. Электромагнитные волны, пройдя через модель, получают в этом приборе дополнительную регулируемую разность фаз. Изменяют эту разность фаз до тех пор, пока не отмечают наступление темноты (или минимума освещенности). Если квазиглавные оси диэлектрического тензора в исследуемой точке модели и в компенсаторе совпадают, то очевидно, что в момент наступления темноты сумма сдвигов фаз в модели и в компенсаторе равна нулю или целому числу длин волн. В момент компенсации свет после прохождения компенсатора станет снова плоско-поляризованным и может быть полностью задержан анализатором. В этом положении берут отсчет по шкале компенсатора, и таким образом определяет оптическую разность хода лучей в модели. При исследовании малых полей используют поляризационный микроскоп типа МП-7.In those cases when isotropic points are absent at the point under study and it is not possible to count the number of isochrom bands during loading, some compensation methods can be used to determine the number of isochrom bands. These methods are used when the optical path difference is insufficient to determine it with the required accuracy by the isochrom strip method. In these cases, measurements are carried out sequentially at all points of the model of interest to us using a special compensating device. Typically, a compensator is installed between the model and the analyzer. Electromagnetic waves, passing through the model, get in this device an additional adjustable phase difference. This phase difference is changed until the onset of darkness (or a minimum of illumination) is noted. If the quasi-main axes of the dielectric tensor at the studied point of the model and in the compensator coincide, then it is obvious that at the time of darkness the sum of the phase shifts in the model and in the compensator is zero or an integer number of wavelengths. At the time of compensation, the light after passing through the compensator becomes again plane-polarized and can be completely delayed by the analyzer. In this position, a readout is taken on the scale of the compensator, and thus determines the optical difference in the path of the rays in the model. In the study of small fields using a polarizing microscope type MP-7.

Для нахождения знака главного напряжения на контуре модели используют различные приемы. При исследовании методами компенсации направление алгебраически большего главного напряжения устанавливают сразу, как это описано выше. Так как на свободном контуре модели главное напряжение, нормальное к контуру равно нулю, то после установления направления алгебраически большего главного напряжения нетрудно сразу определить его знак.To find the sign of the main voltage on the circuit, various methods are used. In the study by compensation methods, the direction of the algebraically larger principal stress is established immediately, as described above. Since the main stress normal to the contour is zero on the free circuit of the model, it is not difficult to immediately determine its sign after establishing the direction of the algebraically larger main stress.

Если исследование проводится методом изохром-полос, то для нахождения знака главного напряжения на контуре используют, либо компенсационный способ, либо пробой «ногтем». Суть этой пробы состоит в том, что нажатием острым предметом на свободный контур вызывают появление на этом контуре вблизи острия растягивающих напряжений [1]. Если в исследуемых точках контура было растяжение, то число полос, при нажатии увеличится, если сжатие - уменьшится. Изменение числа изохром-полос можно уловить по направлению их движения.If the study is carried out by the isochromic strip method, then to find the sign of the main voltage on the circuit, either a compensation method or breakdown with a “nail” are used. The essence of this test is that by pressing a sharp object on a free circuit, tensile stresses appear on this circuit near the tip [1]. If there was tension at the studied points of the contour, then the number of bands, when pressed, will increase, if compression, it will decrease. A change in the number of isochromatic bands can be detected in the direction of their movement.

Основными экспериментально-теоретическими данными, полученными в поляризационно-оптическом методе, являются порядки изохром-полос интерференции и параметры изоклин. Обычно, определяют оптическую постоянную материала на тарировочном образце или непосредственно на самой исследуемой модели.The main experimental and theoretical data obtained in the polarization-optical method are the orders of the isochromatic interference bands and the isocline parameters. Usually, the optical constant of the material is determined on the calibration sample or directly on the model under study.

В случаях плоских задач, когда напряжение в направлении перпендикулярном поверхности пластины или среза, равно нулю (σ_z=σ₃=0), получают следующие результаты: разность главных напряжений в точках, квазинаибольшие касательные напряжения в точках, нормальные напряжения.In cases of planar problems, when the stress in the direction perpendicular to the surface of the plate or slice is equal to zero (σ _z = σ ₃ = 0), the following results are obtained: the difference in the principal stresses at the points, the quasigerminal tangential stresses at the points, and normal stresses.

Разность главных напряжений в точках находят из зависимости связывающей двойное лучепреломление с напряжениями (формула 11)The difference in the principal stresses at the points is found from the relationship between birefringence and stresses (formula 11)

причем

, откудаmoreover

from where

где

Where

представляет собой оптическую постоянную полосы (цены полосы) модели по наибольшим касательным напряжениям (аналогично формуле 14) которую измеряют величиной τ_max, приходящейся на одну полосу и равна величине изменения максимального касательного напряжения, при котором порядок изохромы-полосы интерференции в модели изменяется на одну единицу. Она зависит от материала, длины волны света и толщины модели. Следует отметить, что величинаrepresents the optical constant of the band (band price) of the model according to the largest tangential stresses (similar to formula 14) which is measured by the value of τ _max per one band and is equal to the magnitude of the change in the maximum tangential stress at which the order of the isochromic interference band in the model changes by one unit . It depends on the material, the wavelength of light and the thickness of the model. It should be noted that the value

не зависит от толщины модели. Эту величину τ_о называют оптической постоянной материала по касательным напряжениям и определяют как величину максимального касательного напряжения, необходимую для того, чтобы изменить порядок полос на единицу в модели толщиной 1 см.independent of model thickness. This value of τ _о is called the optical constant of the material according to tangential stresses and is defined as the value of the maximum tangential stress necessary to change the order of the bands by one in the model 1 cm thick.

Тогда формула разности главных напряжений в точках имеет видThen the formula for the difference between the principal stresses at the points has the form

Квазинаибольшие касательные напряжения в точках, находят в видеQuasi-largest tangential stresses at points are found in the form

Если σ₁>0>σ₂, то касательное напряжение, определяемое по формуле (21), будет наибольшим в рассматриваемой точке. Если же оба главных напряжения σ₁ и σ₂ в плоскости просвечиваемой пластинки (или среза объемной модели) имеют одинаковые знаки, то наибольшее касательное напряжение в точке не лежит в плоскости пластинки и по формуле (21) определяют квазинаибольшее касательное напряжение в точке, т.е. наибольшее касательное напряжение в плоскости пластинки.If σ ₁ >0> σ ₂ , then the shear stress determined by formula (21) will be the largest at the point under consideration. If both principal stresses σ ₁ and σ ₂ in the plane of the translucent plate (or a slice of the three-dimensional model) have the same signs, then the greatest tangential stress at a point does not lie in the plane of the plate and, according to formula (21), determine the quasi-largest tangential stress at a point, t. e. the greatest tangential stress in the plane of the plate.

Нормальные напряжения, направленные по касательной к свободному контуру, определяют по формуламNormal stresses directed along the tangent to the free circuit are determined by the formulas

Знак напряжения определяется либо из общих соображений, либо путем компенсации, с использованием растягиваемой или сжимаемой полосы, либо с помощью метода «ногтя».The sign of stress is determined either from general considerations, or by compensation, using a stretchable or compressible strip, or using the “nail” method.

Для анализа напряженно-деформированного состояния модели получают распределение изоклин и изохром-полос отдельно друг от друга. Разделение изоклин и изохром-полос осуществляют несколькими способами. В первом случае осуществляют просвечивание модели белым светом, в результате чего изохромы видны цветными, а изоклины остаются темными. Во втором случае используют круговой полярископ, где разделение изоклин и изохром осуществляют светом, поляризованным по кругу, в результате чего изображение изоклин убирается совсем. В третьем случае разделение изоклин и изохром осуществляют двойной экспозицией изображения на один негатив. один раз при угле α, а второй раз при угле α+π/4, при этом суммарная освещенность соответствует круговой поляризации, где α - угол между плоскостью поляризации и первым квазиглавным направлением тензора диэлектрической проницаемости, радиан.To analyze the stress-strain state of the model, the distribution of isoclines and isochrom bands separately from each other is obtained. The separation of isoclines and isochrom bands is carried out in several ways. In the first case, the model is illuminated with white light, as a result of which the isochroms are visible in color, and the isoclines remain dark. In the second case, a circular polariscope is used, where the separation of isoclines and isochrom is carried out by light polarized in a circle, as a result of which the image of the isoclines is completely removed. In the third case, the separation of isoclines and isochrom is carried out by double exposure of the image to one negative. once at an angle α, and a second time at an angle α + π / 4, while the total illumination corresponds to circular polarization, where α is the angle between the plane of polarization and the first quasi-main direction of the dielectric constant tensor, radian.

Для изготовления моделей используют эпоксидную диановую смолу ЭД-20 горячего отверждения. В качестве отвердителя используют малеиновый ангидрид. Получение пластифицированной смолы осуществлялось внесением в состав компаунда 20% пластификатора - дибутилфталата. Приготовленный и разогретый компаунд с таким составом заливают в специальные цилиндрические формы и помещают в термошкаф, где постоянно поддерживают температуру, равную температуре полимеризации смолы - 80°С. При этой температуре полимеризации формы с компаундом выдерживают трое суток, что является достаточным для завершения процессов полимеризации. Затем заготовки извлекают из форм, обтачивают на токарном станке и разрезают на плоские диски. Поверхность дисков тщательно обрабатывают и шлифуют с помощью специальных приспособлений. Геометрические размеры модельных дисков таковы: диаметр диска D=68 мм; толщина диска d=12 мм.For the manufacture of models using epoxy Dianova resin ED-20 hot curing. Maleic anhydride is used as a hardener. Obtaining plasticized resin was carried out by introducing into the composition of the compound 20% plasticizer - dibutyl phthalate. The prepared and heated compound with such a composition is poured into special cylindrical molds and placed in a heating cabinet, where the temperature is constantly maintained equal to the polymerisation temperature of the resin - 80 ° С. At this polymerization temperature, the molds with the compound can withstand three days, which is sufficient to complete the polymerization processes. Then the workpieces are removed from the molds, turned on a lathe and cut into flat disks. The surface of the discs is carefully treated and ground using special tools. The geometric dimensions of the model discs are as follows: disc diameter D = 68 mm; disk thickness d = 12 mm.

Имеющиеся методические особенности исследования локального теплового воздействия на плоские ненагруженные модели из пьезооптического материала были обусловлены, главным образом тем, что протекающие процессы являются нестационарными. Температура модели на границе локального воздействия резко изменяется, возникающие при этом напряжения являются функциями времени. Поэтому в процессе эксперимента производят фотографирование картины изоклин и изохром-полос в заданное условиями эксперимента время. Затем, используя картину изоклин и изохром-полос остаточных термических напряжений, возникающих в результате теплового воздействия, с учетом фотографий моделей, полученных в процессе воздействия и последующего остывания до температуры равной 20°С, восстанавливают целостную картину возникающих при этом максимальных действующих напряжений и их изменения по времени. Следует отметить и тот факт, что при проведении экспериментальных исследований по локальному тепловому воздействию в первом приближении можно ограничиваться получением характерной картины возникающих в модели термических напряжений, по остаточным напряжениям. Эксперименты, проведенные до настоящего времени позволяют сделать вывод, что максимально действующие напряжения при локальном тепловом воздействии не будут отличаться, по крайней мере на порядок, от остаточных напряжений. Существование объективной закономерности взаимной связи действующих и остаточных термических напряжений, возникающих при локальном тепловом воздействии, не вызывает ни какого сомнения. Для получения картины напряженно-деформированного состояния моделей при локальном тепловом воздействии мы использовали одну из основных схем поляризационно-оптического метода, а именно методом изохром-полос.The available methodological features of the study of local thermal effects on flat unloaded models made of piezoelectric material were mainly due to the fact that the ongoing processes are unsteady. The temperature of the model at the boundary of the local influence changes sharply, the stresses arising from this are functions of time. Therefore, in the course of the experiment, pictures of the isoclines and isochrom bands are photographed at the time specified by the experimental conditions. Then, using the picture of isoclines and isochromic bands of residual thermal stresses resulting from thermal exposure, taking into account photographs of the models obtained during exposure and subsequent cooling to a temperature of 20 ° C, the whole picture of the resulting maximum acting stresses and their changes are restored by time. It should also be noted that when conducting experimental studies on local thermal effects, to a first approximation, one can limit oneself to obtaining a characteristic picture of the thermal stresses arising in the model, according to the residual stresses. The experiments carried out to date allow us to conclude that the maximum acting stresses under local thermal exposure will not differ, at least an order of magnitude, from the residual stresses. The existence of an objective regularity of the interconnection between current and residual thermal stresses arising from local thermal exposure does not raise any doubt. To obtain a picture of the stress-strain state of the models under local thermal exposure, we used one of the main schemes of the polarization-optical method, namely, the isochromic strip method.

Количество полос на исследуемых моделях определялось с помощью поляризационного микроскопа МП-7. Измерение температурных параметров теплоподводящего стержня и температурного поля исследуемой модели осуществлялось проволочными термопарами типа ХК или ХА, с записью на осциллограф. Причем регистрируемые температуры находились в интервале 80…180°С. Временные параметры процесса воздействия теплового потока определялись по осциллограммам и дублировались одновременно фотографированием секундомера и исследуемой модели, находящейся в поляризованном свете. Величины теплового потока от теплоподводящего стержня измерялись калориметрическим способом. В экспериментальных исследованиях использовались стержни различных диаметров d_c=(10; 15; 24; 28; 44) мм.The number of bands in the studied models was determined using a MP-7 polarizing microscope. The temperature parameters of the heat-conducting rod and the temperature field of the model under study were measured using wire thermocouples of the XK or XA type, recorded on an oscilloscope. Moreover, the recorded temperatures were in the range of 80 ... 180 ° C. The temporal parameters of the heat flux exposure process were determined from the oscillograms and were duplicated simultaneously by photographing the stopwatch and the model under study in polarized light. The values of the heat flux from the heat-conducting rod were measured by the calorimetric method. In experimental studies, rods of various diameters d _c = (10; 15; 24; 28; 28) mm were used.

Результаты проведенных экспериментальных исследований локального теплового воздействия на плоских моделях из пьезооптического материала хорошо проиллюстрированы фотографиями качественной картины изоклин и изохром-полос, возникающего в моделях напряженно-деформированного состояния. На фотографии (Фиг. 3, Фиг. 4) показаны интерференционные картины изоклин и изохром-полос в модели, подвергнутой локальному тепловому воздействию.The results of experimental studies of local heat exposure on flat models made of piezoelectric material are well illustrated by photographs of a qualitative picture of isoclines and isochrom bands arising in stress-strain state models. The photograph (Fig. 3, Fig. 4) shows interference patterns of isoclines and isochrom bands in a model subjected to local thermal exposure.

В центре модели наблюдается перекрещивание двух темных линий, являющихся изоклинами. Это свидетельствует о том, что тепловое воздействие осуществлялось осесимметрично, с равномерным распределением температур по диаметру локального теплового пятна. Диаметр теплоподводящего стержня для модели представленной на Фиг. 3 соответствует d_c=28 мм.In the center of the model, the intersection of two dark lines, which are isoclines, is observed. This indicates that the thermal effect was carried out axisymmetrically, with a uniform temperature distribution along the diameter of the local heat spot. The diameter of the heat supply rod for the model shown in FIG. 3 corresponds to d _c = 28 mm.

Для исследуемых моделей (Фиг. 4; Фиг. 5; Фиг. 6) диаметры теплоподводящих стержней соответственно составляли d_c=(44; 28; 24) мм. На этих фотографиях представлены качественные картины изоклин и изохром-полос возникающих в моделях при действии локального теплового потока от теплоподводящего стержня. В центре моделей видны темные) (образные полосы (изоклины), которые не удается полностью компенсировать синхронным поворотом поляризатора и анализатора.For the studied models (Fig. 4; Fig. 5; Fig. 6), the diameters of the heat-conducting rods were respectively d _c = (44; 28; 24) mm. In these photographs, high-quality pictures of isoclines and isochrom bands appearing in models under the action of a local heat flux from a heat-conducting rod are presented. Dark ones are visible in the center of the models) (shaped bands (isoclines), which cannot be completely compensated by synchronous rotation of the polarizer and analyzer.

На всех моделях четко просматривается граница локального теплового воздействия, соответствующая диаметру теплоподводящего стержня. Темные полосы, представляющие собой правильные концентрические окружности, являются изохромами-полосами, т.е. геометрическим местом точек с одинаковой разностью главных напряжений. Причем чем меньше расстояние между этими концентрическими окружностями, тем, следовательно, больше градиент разности главных напряжений. Наименьшее расстояние между полосами находится как раз на границе локального теплового воздействия, что свидетельствует о значительной концентрации возникающих термических напряжений именно в этой зоне, которая составляет всего от -0,5 до +3,0 мм по радиусу модели. За нулевой отсчет взят радиус, совпадающий с границей локального теплового пятна воздействия, равный радиусу теплоподводящего стержня, т.е. R_c=R_п. На (Фиг. 5; Фиг. 6), соответственно показаны интерференционные картины изоклин и изохром-полос в моделях 1 и 2. Анализируя возникающую интерференционную картину изоклин и изохром-полос при локальном тепловом воздействии можно сделать ряд важных выводов:On all models, the boundary of the local thermal effect corresponding to the diameter of the heat-supplying rod is clearly visible. Dark stripes, which are regular concentric circles, are isochromic stripes, i.e. a geometric locus of points with the same difference in principal stresses. Moreover, the smaller the distance between these concentric circles, the consequently, the greater the gradient of the difference between the main stresses. The smallest distance between the strips is located just at the boundary of the local thermal effect, which indicates a significant concentration of thermal stresses arising precisely in this zone, which is only from -0.5 to +3.0 mm along the radius of the model. The zero reference is taken to be the radius that coincides with the boundary of the local heat spot of the impact, equal to the radius of the heat-conducting rod, i.e. R _c = R _p . On (Fig. 5; Fig. 6), respectively, the interference patterns of isoclines and isochrom bands in models 1 and 2 are shown. Analyzing the resulting interference pattern of isoclines and isochrom bands under local thermal exposure, a number of important conclusions can be made:

- установлено наличие значительных термических напряжений возникающих в ненагруженной первоначально изотропной однородной модели на границе пятна локального теплового воздействия, подтверждающихся максимальным количеством изохром-полос (N) в зоне от -0,5 до +3,0 мм от края локального теплового пятна- the presence of significant thermal stresses arising in the initially unloaded isotropic homogeneous model at the localized heat spot spot border, which is confirmed by the maximum number of isochromic bands (N) in the zone from -0.5 to +3.0 mm from the edge of the local heat spot, has been established

- возникновение термических напряжений не зависит от диаметра пятна локального теплового воздействия, а возникают они только на границе локального теплового пятна в зоне от -0,5 до +3,0 мм от его края;- the occurrence of thermal stresses does not depend on the diameter of the spot of local heat exposure, but they occur only at the boundary of the local heat spot in the zone from -0.5 to +3.0 mm from its edge;

- в ненагруженных моделях в самом нагретом локальном тепловом пятне термические напряжения практически отсутствуют;- in unloaded models in the most heated local heat spot, thermal stresses are practically absent;

- возникающие действующие и остаточные термические напряжения при локальном тепловом воздействии соответствуют напряжению сжатия.- the resulting effective and residual thermal stresses under local thermal exposure correspond to the compression stress.

Как мы уже отмечали, возникающие на границе локального теплового воздействия термические напряжения являются функциями времени и интенсивности теплового потока q. При проведении экспериментальных исследований, температуры поверхности локального теплового пятна составляли t_в=80…180°С и интенсивность теплового потока q=150…800 Вт/м². Экспериментально подтверждено, что в процессе теплового воздействия и последующего охлаждения до t=20°С происходили незначительные перемещения изохром-полос в радиальном направлении, однако максимальный порядок изохром-полос оставался неизменным за все время проведения эксперимента. Действующие термические напряжения в моделях, при небольших градиентах температур и малой интенсивности теплового потока незначительно отличаются от остаточных термических напряжений. Перемещение изохром-полос в радиальном направлении приводит лишь к незначительному размыванию границы полос. В дальнейшем проводилось исследование поля термических напряжений, возникающих в моделях при локальном тепловом воздействии. Для этой цели использовался поляризационный микроскоп МП-7. Первоначально определялось количество изохром-полос в каждой выбранной точке поля по радиусу модели. За нулевую точку принималась граница локального теплового воздействия, которая совпадала с диаметром пятна воздействия и равна диаметру теплоподводящего стержня. Эта граница хорошо просматривается на моделях. Затем с шагом S=1 мм по радиусу модели определялось количество изохром-полос. По результатам измерений были построены графические зависимости изменения количества изохром-полос N по радиусу модели R. (Фиг. 7). На представленных графических зависимостях (Фиг. 7) на границе локального теплового воздействия количество изохром-полос резко возрастает и достигает максимального значения N=24…25 на расстоянии от -0,5 до +3,0 мм от границы пятна, где N - количество изохром-полос, положительное число, R - радиус модели, мм.As we have already noted, the thermal stresses arising at the boundary of the local thermal effect are functions of time and intensity of the heat flux q. When conducting experimental studies, the surface temperature of the local heat spot was t _in = 80 ... 180 ° C and the heat flux intensity q = 150 ... 800 W / m ² . It was experimentally confirmed that during thermal exposure and subsequent cooling to t = 20 ° C, insignificant movements of the isochrom bands occurred in the radial direction, however, the maximum order of the isochrom bands remained unchanged for the entire duration of the experiment. The existing thermal stresses in the models, with small temperature gradients and low heat flux intensities, do not differ significantly from residual thermal stresses. The movement of the isochromatic bands in the radial direction leads only to a slight erosion of the boundary of the bands. Subsequently, a study was made of the field of thermal stresses arising in models under local thermal exposure. For this purpose, an MP-7 polarizing microscope was used. The number of isochromatic bands at each selected point of the field was initially determined by the radius of the model. The boundary of the local thermal effect, which coincided with the diameter of the spot of exposure and is equal to the diameter of the heat-conducting rod, was taken as the zero point. This border is clearly visible on models. Then, with a step S = 1 mm, the number of isochromatic bands was determined from the model radius. Based on the measurement results, graphical dependences of the change in the number of isochromatic bands N along the radius of the R model were constructed (Fig. 7). In the presented graphical dependences (Fig. 7) at the local heat exposure boundary, the number of isochrom bands sharply increases and reaches a maximum value of N = 24 ... 25 at a distance from -0.5 to +3.0 mm from the spot boundary, where N is the number isochromatic bands, positive number, R - radius of the model, mm.

Определялась нулевая изохрома-полоса, а затем с шагом S=1 мм по радиусу модели определялось количество изохром-полос и их порядок. Производилось точное измерение порядка изохром-полос в рассматриваемой точке на контуре методом компенсации с помощь поляризационного микроскопа МП-7. По результатам измерений были построены графические зависимости изменения порядка изохромы-полосы n по радиусу модели R (Фиг. 8). На представленных графических зависимостях (Фиг. 8) на границе локального теплового воздействия порядок изохромы-полосы резко возрастает и достигает максимального значения n=2,95…3,25 на расстоянии от -0,5 до +3,0 мм от границы локального теплового пятна, а затем начинает уменьшаться, стремясь к номинальному значению.The zero isochrome band was determined, and then, with the step S = 1 mm, the number of isochrom bands and their order were determined from the radius of the model. An accurate measurement of the order of isochrom bands at the point on the contour was carried out by the compensation method using an MP-7 polarizing microscope. Based on the measurement results, graphical dependences of the change in the order of the isochromic strip n along the radius of the model R were constructed (Fig. 8). In the presented graphical dependences (Fig. 8) at the boundary of the local thermal effect, the order of the isochrome band increases sharply and reaches a maximum value of n = 2.95 ... 3.25 at a distance from -0.5 to +3.0 mm from the boundary of the local thermal spots, and then begins to decrease, tending to the nominal value.

Порядок полосы n (16) прямо пропорционален разности главных напряжений (σ₁-σ₂) возникающих в модели при локальном тепловом воздействии или наибольшим касательным напряжениям 2τ_max, т.е.The order of the strip n (16) is directly proportional to the difference between the principal stresses (σ ₁ -σ ₂ ) arising in the model under local thermal influence or the highest tangential stresses 2τ _max , i.e.

где К - коэффициент оптической постоянной, определяется по формулам (16), с использованием специальных тарировочных моделей [1].where K is the coefficient of the optical constant, determined by formulas (16), using special calibration models [1].

Графические зависимости изменения разности главных напряжений (σ₁-σ₂) или наибольших касательных напряжений 2τ_max по радиусу модели будут подобны графику (Фиг. 8) изменения порядка изохромы-полосы n по радиусу модели.The graphical dependences of the change in the difference between the principal stresses (σ ₁ -σ ₂ ) or the greatest tangential stresses 2τ _max along the radius of the model will be similar to the graph (Fig. 8) of the change in the order of the isochromic strip n along the radius of the model.

Для представления результатов этих экспериментальных исследований используют относительные величины и теоретические коэффициенты концентрации напряжений Теоретический коэффициент концентрации термических напряжений (К_т) прямо пропорционален максимальным напряжениям (σ_max) и обратно пропорционален номинальным напряжениям (σ_ном) [3, 4]. За максимальные напряжения (σ_max) принимают возникающие наибольшие термические напряжения на границе локального теплового пятна. За номинальные напряжения могут быть выбраны напряжения в удаленном сечении [3] или напряжения в неослабленном сечении [4]. В нашем случае за номинальные напряжения (σ_ном) принимают напряжения в удаленном сечении от локального теплового пятна, на расстоянии равном от 1 до 3 радиусов локального теплового пятна (R_п) от границы этого пятна, где характер распределения напряжений обуславливается только геометрической формой образца. Между тем иногда возникает необходимость за номинальные напряжения (σ_ном) принимать напряжения в неослабленном сечении, то есть там, где практически отсутствует концентрация термических напряжений. В этом случае номинальные напряжения рассчитывают по обычным формулам сопротивления материалов для неослабленного сечения образца, где номинальные напряжения (σ_ном) прямо пропорциональны величине приложенной нагрузки (Р) и обратно пропорциональны площади неослабленного поперечного сечения образца (А), то есть не содержащего концентратор напряжения [4].Relative values and theoretical stress concentration coefficients are used to present the results of these experimental studies. The theoretical thermal stress concentration coefficient (K _t ) is directly proportional to the maximum stresses (σ _max ) and inversely proportional to the nominal stresses (σ _nom ) [3, 4]. The maximum stresses (σ _max ) are taken as the arising highest thermal stresses at the boundary of the local heat spot. For rated voltages, voltages in a remote section [3] or voltages in an unstressed section [4] can be selected. In our case, the nominal stresses (σ _nom ) are taken to be stresses in a remote section from the local heat spot, at a distance of 1 to 3 radii of the local heat spot (R _p ) from the boundary of this spot, where the nature of the stress distribution is determined only by the geometric shape of the sample. Meanwhile, sometimes there is a need for rated stresses (σ _nom ) to take stresses in an unstressed section, that is, where there is practically no concentration of thermal stresses. In this case, the nominal stresses are calculated according to the usual formulas of the material resistance for the unreduced cross-section of the sample, where the rated stresses (σ _nom ) are directly proportional to the applied load (P) and inversely proportional to the area of the unreduced cross-section of the sample (A), that is, without a stress concentrator four].

Для определения теоретического коэффициента концентрации не обязательно знать максимальные и номинальные напряжения. При определения теоретического коэффициента концентрации в этом случае (16) можно не знать оптическую постоянную материала и величину приложенной нагрузки, а измерить порядок изохром-полос, принимаемый за номинальный.To determine the theoretical concentration coefficient, it is not necessary to know the maximum and rated voltages. When determining the theoretical concentration coefficient in this case (16), it is possible not to know the optical constant of the material and the magnitude of the applied load, but to measure the order of the isochromatic bands, taken as the nominal one.

где К_т - теоретический коэффициент концентрации термических напряжений, возникающих на границе круглого теплового пятна, при локальном тепловом воздействии на ненагруженную модель из пьезооптического материала, прямо пропорционален максимальному порядку полосы (n_max) и обратно пропорционален номинальному порядку полосы (n_ном). Теоретический коэффициент концентрации термических напряжений является безразмерной величиной. За максимальный порядок полосы (n_max) принимается наибольший порядок полосы в месте концентрации термических напряжений на границе локального теплового пятна, а за номинальный порядок полосы (n_ном) принимается порядок полосы, который определяется на участке с равномерным одноосным распределением напряжений или на участке удаленном от границы локального теплового пятна на расстоянии равном от 1 до 3 радиусов локального теплового пятна (R_п).where K _t is the theoretical concentration coefficient of thermal stresses arising at the boundary of a circular heat spot under local thermal influence on an unloaded model of piezoelectric material, is directly proportional to the maximum band order (n _max ) and inversely proportional to the nominal band order (n _nom ). The theoretical coefficient of concentration of thermal stresses is a dimensionless quantity. For maximum order of bands (n _max) is adopted highest order band at the site of thermal stress concentration on the boundary of the local heat spots but for the rated order strip (n _nom) received order band, which is defined in the area with the uniform uniaxial stress distribution or at the site remote from the the boundaries of the local heat spot at a distance equal to 1 to 3 radii of the local heat spot (R _p ).

Порядок полосы определяется по графическим зависимостям (Фиг. 8), либо можно воспользоваться точным измерением порядка полос в рассматриваемой точке на контуре методом компенсации. Теоретический коэффициент концентрации термических напряжений возникающих в модели из пьезооптического материала при локальном тепловом воздействии в этом случае составит К_т=2,95…3,25.The order of the strip is determined by the graphical dependencies (Fig. 8), or you can use the exact measurement of the order of the bands at the point in question on the circuit by the compensation method. The theoretical concentration coefficient of thermal stresses arising in the model of a piezoelectric material under local thermal exposure in this case will be K _t = 2.95 ... 3.25.

Исследована интерференционная картина возникающих термических напряжений при воздействии на пьезооптическую модель локального теплового потока.The interference pattern of the resulting thermal stresses under the influence of a local heat flux on the piezoelectric model is studied.

Получены новые результаты, характеризующие напряженно-деформированное состояние модели и исследована опасность возникающих термических напряжений при локальном тепловом воздействии.New results are obtained that characterize the stress-strain state of the model and the danger of thermal stresses arising under local heat exposure is investigated.

Цель изобретения достигнута, исследованы возникающие термические напряжения, установлены параметры двойного лучепреломления и определен теоретический коэффициент концентрации термических напряжений при локальном тепловом воздействии.The objective of the invention is achieved, the emerging thermal stresses are investigated, the parameters of birefringence are established and the theoretical concentration coefficient of thermal stresses under local thermal exposure is determined.

Теоретический коэффициент концентрации термических напряжений возникающих при локальном тепловом воздействии на твердое материальное тело равен К_т=2,95…3,25.The theoretical concentration coefficient of thermal stresses arising from a local thermal effect on a solid material body is equal to K _t = 2.95 ... 3.25.

Коэффициент концентрации термических напряжений К_т=2,95…3,25 по своему значению практически равен коэффициенту концентрации напряжений, при растяжении оболочки, стержня или пластины с круговыми или эллиптическими отверстиями К_отв=3,0…3,2 [1, 4]. То есть при локальном тепловом воздействии в твердом материальном теле возникает невидимый дефект, с концентрацией напряжений равной концентрации напряжений при растяжении оболочек, стержней или пластин с реальными отверстиями.Coefficient of thermal stress concentration K _m = 2.95 ... 3.25 on the value almost equal to the coefficient of stress concentration, tensile shell plate or rod with a circular or elliptical _holes apertures K = 3,0 ... 3,2 [1, 4] . That is, when a local thermal effect occurs in a solid material body, an invisible defect occurs, with a stress concentration equal to the stress concentration when tensile shells, rods or plates with real holes.

Степень критичности термических напряжений, возникающих в твердом материальном теле, а следовательно и в реальных конструкция технических устройств, при локальном тепловом воздействии, необходимо также учитывать через теоретический коэффициент концентрации термических напряжений К_т.The degree of criticality of thermal stresses arising in a solid material body, and therefore in the actual design of technical devices, under local thermal influence, must also be taken into account through the theoretical coefficient of concentration of thermal stresses K _t .

Следует отметить, что возникнув один раз, термические напряжения так и остаются в твердом материальном теле или реальной конструкции технических устройств в виде остаточных напряжений, которые практически невозможно диагностировать существующими на настоящее время средствами диагностики. Поэтому необходимо учитывать с помощью теоретического коэффициента концентрации термических напряжений степень влияния на надежную и безопасную эксплуатацию технических устройств.It should be noted that once occurring, thermal stresses remain in a solid material body or in the actual design of technical devices in the form of residual stresses, which are almost impossible to diagnose with the existing diagnostic tools. Therefore, it is necessary to take into account, using the theoretical coefficient of concentration of thermal stresses, the degree of influence on the reliable and safe operation of technical devices.

Использование описанного способа позволяет исследовать термические напряжения, возникающих в твердом материальном теле поляризационно-оптическим методом при локальном тепловом воздействии, определить теоретический коэффициент концентрации термических напряжений и с его помощью оценить степень надежной и безопасной эксплуатации технических устройств. Определенный данным способом теоретический коэффициент концентрации термических напряжений позволяет еще на этапе проектирования оценить и учесть в прочностных расчетах опасность термических напряжений, а также производить оценку прочности деталей и элементов конструкции технических устройств, при воздействии на них локального теплового потока.Using the described method allows us to study the thermal stresses arising in a solid material by the polarization-optical method under local thermal exposure, to determine the theoretical concentration coefficient of thermal stresses and with it to evaluate the degree of reliable and safe operation of technical devices. The theoretical coefficient of concentration of thermal stresses determined by this method allows even at the design stage to evaluate and take into account the danger of thermal stresses in strength calculations, as well as to evaluate the strength of parts and structural elements of technical devices when exposed to a local heat flux.

Источники информацииInformation sources

1. А.Я. Александров, М.Х. Ахметзянов. Поляризационно-оптические методы механики деформируемого тела. М., «Наука», 1973, с. 72-73, 80-93, 106-112, 128-144, 217, 234-238, 362-365, 483-487.1. A.Ya. Alexandrov, M.Kh. Akhmetzyanov. Polarization-optical methods of mechanics of a deformable body. M., "Science", 1973, p. 72-73, 80-93, 106-112, 128-144, 217, 234-238, 362-365, 483-487.

2. Авторское свидетельство СССР №769318. Поляризационно-оптический способ определения температурных напряжений в изделии. М. Кл. G01B 11/18, 1980.2. USSR copyright certificate No. 769318. Polarization-optical method for determining temperature stresses in a product. M. Cl. G01B 11/18, 1980.

3. Н.М. Беляев. Сопротивление материалов. М., 1958, с. 61-62, 739-742.3. N.M. Belyaev. Strength of materials. M., 1958, p. 61-62, 739-742.

4. С.П. Тимошенко. Курс сопротивления материалов. М., 1938, с. 568-587.4.S.P. Tymoshenko. Material resistance course. M., 1938, p. 568-587.

Claims

1. A method for studying thermal stresses arising in a solid material by the polarization-optical method, characterized in that the model of the piezoelectric material is affected by the local heat flux, the emerging interference pattern, which is a system of light and dark bands, is recorded, after which the model is cooled and investigate isotropic points and zero bands, the distribution of isoclines and isochrom bands, the number of isochrom bands and their distribution, the order of isochrom bands, esky thermal stress concentration factor as the ratio between the maximum and nominal occurring thermal stresses or as the ratio between the maximum and nominal order isochromen-band.

2. The method according to p. 1, characterized in that the study is carried out on a model made of a material capable of acquiring the birefringence property under the influence of external loads, temperature fields and other factors.

3. The method according to p. 2, characterized in that the material is selected from the group having high optical sensitivity: epoxy resins, phenol-formaldehyde resins.

4. The method according to p. 3, characterized in that the epoxy resin is selected from the group: ED-6, ED-6M, ED-16, ED-20, ED-22, E-40, E-41 or their modifications.

5. The method according to p. 3, characterized in that the phenol-formaldehyde resin is selected from the group: Bakelite, Vischomlite, IM-44, Catalin, Trolon or their modifications.

6. The method according to p. 1, characterized in that the study of the effects of local heat flux is carried out on an initially unloaded model of a piezoelectric material that does not have mechanical stresses.

7. The method according to p. 1, characterized in that the study is carried out on a flat model of piezoelectric material.

8. The method according to p. 1, characterized in that for the determination of isoclines, isochromatic bands, isotropic points, the number of isochromatic bands, the order of isochromatic bands and their distribution using monochromatic light.

9. The method according to p. 1, characterized in that for the determination of isoclines, isochromatic bands, isotropic points, the number of isochromatic bands, the order of isochromatic bands and their distribution, white light is used.

10. The method according to p. 1, characterized in that for the determination of isoclines, isochromatic bands, isotropic points, the number of isochromatic bands, the order of isochromatic bands and their distribution, light is used that is circularly polarized.

11. The method according to p. 1, characterized in that the emerging interference pattern characterizing the stress-strain state of the model is examined using a polarizing microscope.

12. The method according to p. 1, characterized in that the dark stripes are isoclines and isochrome stripes.

13. The method according to p. 12, characterized in that the optical isocline is a geometric place of points at which the orientation of the principal axes of the dielectric tensor is the same, and the angle defining the orientation of these axes is determined as an isocline parameter.

14. The method according to p. 13, characterized in that when the elastic deformation of the initially isotropic homogeneous model, the optical isoclines coincide with the mechanical isoclines and determine the geometric location of the points of equal slope of the main stresses.

15. The method according to p. 12, characterized in that during elastic deformation of the initially isotropic homogeneous model, the isochrome strip determines the geometric location of the points with the same difference in principal stresses.

16. The method according to p. 1, characterized in that the zero-order isochromic stripes or points with a zero stroke difference determine the geometric location of the points where the difference in principal stresses is zero.

17. The method according to p. 9, characterized in that in the case of detection of isotropic points and zero isochromatic stripes with white light, they look like black spots or black stripes on a colored background.

18. The method according to p. 1, characterized in that the isochrome strips are numbered in order, where the stripe order n = 1, 2, 3, ... is a positive number that is set by counting the number of blackouts that passed through the test point during the loading process or local heat exposure.

19. The method according to p. 18, characterized in that the order of the strip n is directly proportional to the optical path difference δ, nm, and inversely proportional to the light wavelength λ, nm.

20. The method according to p. 18, characterized in that the order of the strip n is proportional to the difference between the principal stresses σ ₁ and σ ₂ , n / m ² , or twice the largest tangential stresses 2τ _max , n / m ² .

21. The method according to p. 1, characterized in that the local thermal effect is carried out by heat from light - radiant radiation, heat from laser radiation, heat from a plasma jet, heat from combustion products of mixtures and substances, thermal contact.

22. The method according to p. 21, characterized in that the local contact thermal effect is carried out by copper or brass cylindrical rods of various diameters, heated to the required temperature.

23. The method according to p. 1, characterized in that for the analysis of the stress-strain state of the model receive the distribution of isoclines and isochrom bands separately from each other.

24. The method according to p. 23, characterized in that the separation of isoclines and isochrom is carried out by illuminating the model with white light, as a result of which the isochroms are visible in color, and the isoclines remain dark.

25. The method according to p. 23, characterized in that the separation of isoclines and isochrom is carried out by light polarized in a circle, as a result of which the image of the isoclines is completely removed.

26. The method according to p. 23, characterized in that the separation of isoclines and isochrom is carried out by double exposure of the image to one negative, once at angle α, and a second time at angle α + π / 4, while the total illumination corresponds to circular polarization, where α is the angle between the plane of polarization and the first quasi-main direction of the dielectric constant tensor, radian.

27. The method according to p. 1, characterized in that the presence of significant thermal stresses arising in the unloaded model at the boundary of the local thermal exposure spot is set by the maximum number of isochromic bands (N) in the zone from -0.5 to + 3.0 mm from the edge of the local heat spot, where N is the number of isochromic bands, a positive number.

28. The method according to p. 1, characterized in that the theoretical concentration coefficient of thermal stresses K _t , dimensionless quantity, is directly proportional to the maximum stresses σ _max , N / m ² , and inversely proportional to the rated stresses σ _nom , N / m ² .

29. The method according to p. 28, characterized in that the maximum thermal stresses that occur are the highest thermal stresses at the boundary of the local heat spot.

30. The method according to p. 28, characterized in that the nominal voltage is selected from the group of: voltage in a remote section, voltage in an unstressed section.

31. The method according to p. 30, characterized in that for the rated voltage take voltage in a remote section from the local heat spot, at a distance equal to 1 to 3 radii of the local heat spot R _p , m, from its border.

32. The method according to p. 30, characterized in that the rated voltage is taken voltage in the unstressed section, that is, where there is practically no concentration of thermal stresses.

33. The method according to p. 1, characterized in that the theoretical concentration coefficient of thermal stresses K _t , dimensionless quantity, is directly proportional to the maximum order of the strip n _max , a positive number, and inversely proportional to the nominal order of the strip n _nom , a positive number.

34. The method according to p. 33, characterized in that the maximum strip order is taken to be the largest strip order at the point of concentration of thermal stresses at the boundary of the local heat spot.

35. The method according to p. 33, characterized in that for the nominal strip order take the strip order, which is determined in the area with a uniform uniaxial stress distribution or in the area remote from the boundary of the local heat spot.