[광탄성] 부산대 기계공학부 응용실험(4장 광탄성실험)

(1)실험 목적

물체에 힘을 가하면 그 물체는 응력을 발생하게 되며, 상응하는 물체의 변형이 일어난다. 따라서 물체의 변형 정도를 알려면 응력의 방향과 크기를 알아야 할 필요가 있다.
1) 이론식으로 계산하기가 힘든 복잡한 형상의 재료에 대해 광탄성 실험을 통하여 주응력의 차이를 구해본다
2) 외팔보에 처짐을 주고 광탄성 실험으로 측정한 응력과 이론적으로 계산한 응력 값과 비교해 본다.

(2) 이론적 배경

1) 광탄성(Photoelasticity)
여러 가지 재료의 응력 상태를 탄성학에 의해서 해석적으로 해결하고는 있지만, 복잡한 형상을 가진 부재의 해석은 수학적인 방법에 의해서 풀 수 없으므로 다른 첨단 장비를 사용한 실험적인 방법으로 많은 문제를 해결하고 있다. 고체가 하중을 받을 때, 물체 내부에는 응력이 생기게 되는데, 이러한 응력은 각각의 분자들의 상대적 위치의 변화에 관계된다. 투명한 물체의 경우에는 분자 배열의 변화가 광학적 성질의 변화를 가져온다. 즉 이중굴절이 생기게 되는데 이러한 현상을 광탄성이라 한다. 무응력 상태에서 광학적으로 등방인 투명재료(유리, 셀룰로이드, 에폭시수지)에 외력을 가하면 그 등방체는 일시적으로 결정체의 성격을 갖게 되어 한 입사 광선이 두 굴절광선을 만드는 복굴절 현상을 나타낸다.
편광된 빛이 하중을 받는 투명한 물체를 지나면 두 개로 나누어지는데, 그 때 그 빛들의 진동면은 서로 직각을 이루게 된다. 또 그 빛들은 물체의 분자 구조에 따라 서로 다른 속도로 움직이게 되고 그에 따라 간섭 현상이 일어나고 빛의 세기도 응력에 따라 달라진다.

2) 등경사선(Isoclinic Line)
시편이 하중을 받을 때 여러 점에서 주응력의 한 면과 시편으로 들어가는 편광면과 일치하는 응력상태가 존재한다. 이런 점에서 광은 분해되지 않고 직접 Analyzer에 들어가며, Polarizer왿� Analyzer의 편광면은 직각이므로 Analyzer를 통하는 광은 없고 빛의 밝기는 최소가 된다. 이러한 점들의 궤적을 등경사선이라 하며 암선으로 나타난다.