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광탄성 실험
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1. 목 적
: 응력해석을 위한 실험적 방법에는 광탄성법, 스트레인 게이지법, 응력 피막법, 모아레법 등이 있으나 손쉽게 내부응력 상태나 전체의 응력상태를 파악하기 위해 광탄성법이 널리 사용되고 있다.
이 실험의 목적은 다음과 같이 요약된다.
○ 광탄성 실험의 내용과 방법을 이해습득하여 그의 활용을 기한다.
○ 하중을 받는 탄성체 내에 생기는 응력의 분포상태를 관찰하여, 시험편 내의 응력 을 측정, 계산하는 방법을 습득한다.
2. 원 리
1) 광탄성 효과
: 유리, 셀룰로이드, 에폭시수지 등의 투명한 등방체에 응력을 가하면, 그 등방체는 일시적으로 결정체의 성질을 갖게 되어 복굴절현상을 나타낸다. 따라서, 여기에 입사된 광은 주응력축의 방향으로 진동하는 2 개의 평면편광으로 분해되며, 이들 양편광 사이에 광로차가 생긴다. 어떤 점에서의 주변형률 방향을 , 라 하면그 빛의 Vector 분할과 2 개의 편광된 광선은 , 평면 내에서 전파되어진다. 만일에, , 축에서의 변형률의 세기(Strain Intensity)를 , 라 하고 예상되는 빛의 진공속도를 , 라 하고 각각의 평판을 통과하는데 필요한 시간을 / (는 시험편의 두께) 라 하면 이 두 광선사이의 광로차는 다음과 같다.
= / - / = - = -
상수 를 광학적 변형률 계수(Strain-optical coefficient)라 하며 재료의 물리적 특정치이다. 이 값은 무차원 상수이고 항상 구경측정에 의하여 체계화 된다. 를 작용파장 의 배수로 표시한 을 무늬차수(fringe order)라 하며 = 이다.
결과적으로 광탄성학의 변형률 측정에 대한 기본 관계식은 다음과 같다.
- = / or - = //
2) 편 광
: 전자기설에 의하면, 빛은 그의 진행 방향에 대해서 수직인 평면 내에서 진동하면서 전진하는 횡파이며, 보통 자연광은 이 평면 내에서 각 방향으로 진동하는 각종의 파장의 전자파의 집합체이다.
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2011.03.11
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