Spannungsoptik
aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Als Spannungsoptik wird ein Teilgebiet der Optik bezeichnet, in dem durch die Verwendung von polarisiertem Licht die Spannungsverteilung in lichtdurchlässigen Körpern untersucht wird (transparentes Material oder sehr dünne Proben).
Durch Verwendung von monochromatischem Licht entsteht ein System aus dunklen und hellen Streifen, deren Anordnung zuverlässige Rückschlüsse auf Verteilung und Größe der mechanischen Spannung an allen Stellen des Körpers erlaubt.
Im Bild entstehen an einem durch Kräfte belasteten Prüfkörper zwei Arten von dunklen Streifen: die Isochromaten sind Linien mit konstanter Hauptspannungs-Differenz, an den Isoklinen fällt die Richtung einer Hauptspannung mit der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts zusammen, sie repräsentieren somit die Spannungstrajektorien des Körpers unter der gegebenen Belastung.
Zur Unterscheidung zwischen Isochromaten und Isoklinen kann die belastete Probe (oder die Polarisationsrichtung des Lichts) gedreht werden -- im spannungsoptischen Bild verändern sich dadurch die Isochromaten, nicht aber die Isoklinen. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung von zirkular-polarisiertem Licht -- in diesem Fall sind keine Isoklinen sichtbar (untere zwei Bilder).
Wird weisses Licht verwendet, entstehen für jede Farbe unterschiedliche Hell-Dunkel-Muster - dies ergibt die Farbmuster, wie sie links im Bild gezeigt sind. Einzig bei der 0.Ordnung der Streifen fallen alle Farben zusammen. Dies ergibt schwarze Streifen an den unbelasteten Stellen in der Probe (untere Ecke des Winkels).
Bei der quantitativen Auswertung geht man von einem ebenen Spannungszustand aus. Die beiden Hauptspannungen in der Probenebene beeinflussen den Brechnungsindex des Materials, die dritte Hauptspannung in Dickenrichtung hat keine Wirkung.
Dieses Verfahren wird noch vereinzelt in der Werkstoffprüfung angewandt, indem durchsichtige Kunstharzmodelle (mit optischer Aktivität) auf Belastungen, die in der praktischen Anwendung auftreten können, untersucht werden. Die Spannungsverteilung im Modell stimmt mit derjenigen im realen Bauteil überein, auch wenn die Deformation sich unterscheidet.
Durch die verbesserten Rechenverfahren mit der Finite-Elemente-Methode werden diese Untersuchungen heute vorwiegend am Computer durchgeführt.
