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玻璃瓶应力测定的理论基础

来源:www.hzpblp.cn 日期:2015-05-09

应力测定的理论基础
1.1 偏振光
众所周知,光是一种电磁波,其振动方向与前进方向垂直,在所有与前进方向垂直的振动面上振动。如在光路中引入只允许某一振动方向光线通过的偏振滤片,就可获得偏振光,简称偏光。
1.2 双折射
玻璃是各向同性体,各方向的折射率相同。如玻璃中存在应力,各向同性的性质受到破坏,引起折射率变化,两主应力方向的折射率不再相同,即导致双折射。折射率与应力值的关糸由下式确定:nx - ny = CB (σx – σy)式中:nx 、ny 分别为x及y方向的折射率。σx 、σy 分别为x及y方向的应力。CB 为应力光学常数,它是物性常数,仅与玻璃品种有关。
1.3 光程差
当偏光透过厚度为t的有应力玻璃时,光矢会分裂为两个分别在x及y应力方向振动的分量。如vx、vy分别为两光矢分量的速度,则透过玻璃所需的时间分别为t/vx和t/vy,两分量之间不再同步,而是存在光程差δ:δ = C(t/vx - t/vy) = t (nx - ny)式中C为真空中光速。
结合上述二式,即得如下公式: (σx – σy) = δ / (tCB)
即应力与光程差存在一定关系,一般借助光干涉原理测出光程差,从而计算出应力值。需要强调的是,得出的不是应力的绝对值,而是二主应力之差,有时虽然测出的应力为零,但实际上二主应力均存在,只不过二者相等而已。典型例子是平板玻璃,从平面上看,存在各向相等的表面压应力及板芯张应力,表面压应力在数值上等于2倍板芯张应力,但采用平面透射光并不能测出应力,原因就是σx
= σy 。必须取样,使光透过玻璃端面才能测定。因此,对不同制品,根据工艺情况,设计适当的应力测试方法是极为重要的。
1.4 干涉色
两光矢分量透过检偏器后,在同-平面内振动,且存在一定光程差,满足相干条件,会发生干涉。干涉作用产生的光强I 由下式决定:I = a2Sin22(β – α)Sin2 (pδ/λ)
式中各符号的意义见图1。由此式可得出如下结论:a) 当β = α 时,即两主应力方向分别与起偏器及检偏器方向一致时,I = 0。此黑条纹即是“等倾线”,线上所有点的应力具有相同的方向。此原理常用来确定应力的方向。b) 当 β – α = 45o时,即主应力方向与偏振方向成450,在δ = 0、1λ、2λ、3λ……Nλ处,I = 0。也就是光程差为波长的整数倍时,出现黑色条纹。c) 当 β – α = 45o时,下列波长的光能较好地透过:Sin2 (pδ/λ) = 1, 即λ = 2δ、2δ/3、2δ/5、2δ/7、……。而以下波长的光被阻:Sin2 (pδ/λ) = 0, 即λ = δ、δ/2、δ/3、δ/4、……。白光是波长从400—700nm范围内多种颜色光波的混合物,有效波长-般按565 nm计。 所以用白光作光源时,玻璃就出现多彩的干涉色,可用来估计应力值。相同的干涉色连成的色带称“等色线”,线上的应力值相等。

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