Helmut Wolf

Das spannungsoptische Grundgesetz in zwei Dimensionen

Zwischen Polarisator P und Analysator A einer spannungsoptischen Apparatur befinde sich eine doppelbrechende Kristallplatte. Das bei gekreuzten Polarisatoren ursprunglich dunkle Gesichtsfeld wird dann durch Doppelbrechungserscheinungen in der Kristallplatte mehr oder weniger stark aufgehellt. Der Grad der Aufhellung hangt u. a. von der Plattendicke, der Wellenlange, der Polaritat des verwendeten Lichtes (z. B. ob linear oder zirkular polarisiert) und dem Winkel zwischen dem Achsenkranz Polarisator-Analysator und den Hauptachsen des Kristalls ab. Bei variabler bzw. genugend groser Plattendicke konnen sogar mehrere Aufhellungen mit dazwischenliegenden dunklen Streifen beobachtet werden (bei Verwendung von monochromatischem Licht). Zur Deutung dieser Erscheinungen, die auch in der Spannungsoptik in ahnlicher Form eine entscheidende Rolle spielen (wenn auch dort bei der Entstehung etwas andere Ursachen von Bedeutung sind), unterscheidet man zweckmasig zwei verschiedene Falle, je nachdem, ob die Kristallplatte mit linear oder zirkular polarisiertem Licht durchstrahlt wird.

Versuchstechnik und photographische Ausrüstung

Zur Bestimmung der Isochromaten- und Isoklinenverteilung fur ein gegebenes Problem benotigt man folgende Gerate und Hilfsmittel: 1. Spannungsoptische Apparaturen, einschlieslich Viertelwellenplatten, Lichtquellen und sonstigem Zubehor, wie Kompensatoren, Vorrichtungen zum gleichzeitigen Drehen von gekreuztem Polarisator und Analysator usw., 2. Belastungsvorrichtungen, 3. Vorrichtungen und Hilfsmittel zum Aufzeichnen und Photographieren von Isochromaten bzw. Isoklinen.

Die wichtigsten Verfahren zur Bestimmung ebener Spannungszustände

Zu den wichtigsten spannungsoptischen Untersuchungsverfahren gehoren: 1. Untersuchungen im direkten Licht entsprechend den ublichen Verfahren. Es konnen damit praktisch alle ebenen und raumlichen Probleme behandelt werden (im raumlichen Falle besonders in Verbindung mit dem Einfri erverfahren). 2. Die Schichtverfahren, zu denen das Oberflachenschichtverfahren und das Mehrschichtverfahren gehoren. Das Oberflachenschichtverfahren ermoglicht die Bestimmung der Spannungen direkt auf der Oberflache des Bauteiles auf spannungsoptischem Wege. Bei dem Mehrschichtverfahren, das besonders zur Untersuchung von Platten geeignet ist, werden durchsichtige, spannungsoptisch unterschiedlich wirksame Kunststoffe in Schichten ubereinandergebettet und dann als Ganzes untersucht. 3. Das Streulichtverfahren, das verhaltnismasig wenig angewendet wird, ist grundsatzlich fur ebene und raumliche Probleme zu gebrauchen. 4. Untersuchungen im konvergenten Licht (Achsenbildverfahren)

Übertragung der Modellversuche

Sollen die am Modell gewonnenen Versuchsergebnisse auf das Originalteil ubertragen werden, sind besonders drei Punkte zu berucksichtigen: 1. Einflus der linearen Dimensionen und aller damit zusammenhangenden Fragen; 2. Art und Grose der Belastung 3. Einflus des Materials auf die Spannungsverteilung.

Die elastizitätstheoretischen und optischen Grundlagen

Mit Hilfe der allgemeinen Elastizitatstheorie last sich zeigen, das die Lage- und Gestaltsanderungen eines lesten Korpers durch vier Einzelvorgange darzustellen sind. Zur Vereinfachung denke man sich einen Quader Δ x Δ y Δ z mit Flachen und Seiten parallel zu den Ebenen bzw. Achsen eines rechtwinkligen Koordinatensystems x, y, z. Die vier Einzelvorgange sind: 1. Parallelverschiebung des ganzen Korpers. 2. Starre Drehung um eine feste Achse. 3. Dehnung der Kanten in x, y, z-Richtung um e x , e y , e z ; hierbei bleibt der Quader noch ahnlich. 4. Verformung des Quaders in ein Parallelepiped durch Winkelanderung.

Die spannungsoptische Grundausrüstung

Jede spannungsoptische Apparatur besteht aus dem Polarisator und dem Analysator, die sich aber in ihrer Wirkungsweise nicht unterscheiden. Zwischen beiden befindet sich das durchsichtige Modell (z. B. aus irgendeinem Kunststoff), das unter Beanspruchung doppelbrechend wird. Meist arbeitet man mit gekreuzten Polarisatoren, d. h. das Gesichtsfeld ist dunkel, und die Isochromaten und Isoklinen, die durch die Spannungsdoppelbrechung im Modell entstehen und auf die weiter unten ausfuhrlich eingegangen wird, erscheinen als dunkle Linien. Bei parallelen Polarisatoren ist im Vergleich zu gekreuzten Polarisatoren uberall Hell und Dunkel vertauscht, d. h., das Gesichtsfeld ist jetzt hell (und die Isochromaten und Isoklinen sind helle Linien). Die Untersuchungsmethode ist in beiden Fallen die gleiche. Bei gekreuzten Polarisatoren treten jedoch u. U. die Modellrander besser in Erscheinung, was zur Bestimmung von Randspannungen besonders wichtig ist.

Die wichtigsten Verfahren zur Bestimmung räumlicher Spannungszustände

Die beiden folgenden Kapitel befassen sich vorwiegend mit den Untersuchungsverfahren und der Versuchstechnik zur Bestimmung raumlicher Spannungszustande. Eine scharfe Trennung zwischen ebener und raumlicher Spannungsoptik ist jedoch nicht immer moglich. Unterschiede treten besonders in den Auswertungsverfahren und der Versuchstechnik auf, fast keine beim 1MMModellmaterial.

Zur Technik dreidimensionaler spannungsoptischer Untersuchungen

Das vorliegende Kapitel befast sich mit denjenigen Fragen der Modellherstellung und Versuchstechnik bei dreidimensionalen spannungsoptischen Untersuchungen, die in den Kapiteln 8 bis 10 nicht behandelt wurden und fur dreidimensionale Untersuchungen charakteristisch sind. Dies gilt besonders fur die Herstellung und Belastung von raumlichen Modellen, den raumlichen Einfrierversuch und die anschliesende Zerlegung des Modells. Denn den meisten bis heute durchgefuhrten raumlichen spannungsoptischen Untersuchungen lag das Einfrierverfahren zugrunde. Die folgenden Abschnitte beziehen sich deshalb besonders auf die Durchfuhrung derartiger Versuche. Bezuglich der Versuchstechnik beim Streulichtverfahren und Achsenbildverfahren mus auf die Ausfuhrungen von Kapitel 11 verwiesen werden. Im ubrigen gilt auch hier, viel mehr noch als bei ebenen spannungsoptischen Untersuchungen, das sich die ganze Versuchstechnik nur durch eigene Erfahrung und praktische Durchfuhrung raumlicher Versuche zufriedenstellend erlernen last.