Fotoelasticidad

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FOTOELASTICIDAD

Introducción

La foto elasticidad es una técnica experimental para la medición de esfuerzos y deformaciones. Se basa en el uso de luz para dibujar figuras sobre piezas de materiales isótropos, transparentes y continuos, que están siendo sometidas a esfuerzos. Las figuras que se dibujan son semejantes a las mostradas al realizar un análisis de elementos finitos ya que sepueden observar contornos y colores.

La medición se logra al evaluar el cambio del índice de refracción de la pieza al someterse a una carga. En el caso de una pieza no trasparente, se cubre la pieza con una resina birrefringente.

Técnica experimental para medir las tensiones y deformaciones en los objetos materiales por medio del fenómeno de birrefringencia mecánica.

La foto elasticidad esútil principalmente para el estudio de objetos de forma irregular y tensiones localizadas, como piezas de maquinaria con muescas o curvas, componentes estructurales con ranuras o agujeros y materiales con hendiduras. Proporciona un medio visual de observar sobre todo las características de las tensiones del objeto por medio de diagramas de luz proyectados sobre una pantalla o sobre una películafotográfica. Por simple observación se determina en general las regiones en que se concentran los esfuerzos. Sin embargo se necesita una técnica mas complicada para un análisis de precisión sobre la tensión, compresión, fuerzas de cizalladura y deformaciones en cualquier punto del objeto con tensiones en tres direcciones espaciales (triaxial). Para estudios biaxiales, con una lámina de sustanciatransparente especial se construye un modelo geométricamente análogo al objeto que se va analizar y se coloca en lugar de éste.

Empleo del fenómeno de birrefringencia

Las sustancias que generalmente se usan para modelos en foto elasticidad son baquelita, celuloide, gelatina, polímeros transparentes, resinas sintéticas, vidrio y otros productos que son sensibles óptimamente a las tensiones ydeformaciones.

Los materiales deben tener la propiedad óptica de polarizar la luz cuando se les comprime (sensibilidad óptica) y de transmitirla en planos de tensiones principales con velocidades que dependen de las compresiones (birrefringencia o doble refracción).

Además han de ser transparentes, elásticos, homogéneos, óptimamente isótropos cuando no están sometidos ni a tensiones ni adeformaciones y bastante libres de deslizamiento, envejecimiento y deformaciones en las aristas.

La distribución de esfuerzos es independiente de la constante elástica del material. Los parámetros son forma y manera de cantidad de carga. Teorías de planos de tensión dan resultados adecuados cuando son aplicados a vigas simples, pero no dicen nada de lo que está sucediendo bajo una múltiple cantidad decarga en un punto. Las ecuaciones generales de equilibrio no representan generalmente mucha ayuda puesto que es casi imposible lograr integrar las complicadas formas.

No solamente se puede hacer la distribución de esfuerzos de la forma más complicada y ser representada en todo lujo de detalles, sino más importante es el patrón por refracción de luz foto elástico

La ley óptica de losesfuerzos

En una placa isotropica transparente, sujeta a un campo biaxial de esfuerzos dentro del límite elástico el retardo Rt entre las dos componentes producida por la doble refracción temporal es:

Rt = Ct (p - q) = nλ

En donde C es el coeficiente óptico de los esfuerzos, t el espesor de la placa, p y q son los esfuerzos principales, n el orden de las bandas (el número de bandas que hanpasado por el punto durante la aplicación de la carga) y λ la longitud de onda de la luz monocromática usada.

Así, (p – q) /2 = τmax = (n_ )/2Ct = nf / t
Si se determina el valor de las bandas del material f con la misma fuente de luz (por lo general, una lámpara de vapor de mercurio que emite luz que tiene una longitud de onda de 5461 Å) como la que se usará en el estudio de los modelos, se...
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