ホログラフィ干渉法を応用した高分子流体の二次元流路内応力分布の実時間測定法の開発

利用全息干涉技术开发聚合物流体二维流道应力分布实时测量方法

基本信息

批准号：
08750195
负责人：
高橋勉
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

固体力学の実験手法として光弾性測定法の欠点を補い,かつ経時変化比較を行うことのできる方法として開発された光弾性ホログラフィ干渉法を高分子流体の流れにより発生する応力場の解析に適用した.プラスチック成形加工においてもっとも重要な流路要素である二次元急縮小流路を実験流路として選択し,可視化部を工学ガラス,その他の部分をアクリル樹脂を用いて作成した.収縮比は1:4とした.高分子流体として実験計画ではチューブ状ミセルを形成し粘弾性特性を示す界面活性剤水溶液を使用する予定であったが,水溶液の均一性に疑問がもたれたため,機械的・光学的特性が文献より参照できたポリイソブチレン・テトラデカン溶液を使用した.試験流路内に試料である高分子流体を満たし,流体が静止してから十分に時間が経過し,流体内の応力が緩和した状態で基準ホログラムを撮影する.このホログラム上には高分子流体の光学的特性のほかに流路や各光学素子の歪みや傷など,一般に光弾性実験では完全に排除しなければならないようなノイズの情報も記録される.このホログラムに流動状態におけるホログラムを重ねると,流動開始前と比べて光学的に変化のあったところで干渉縞が発生する.流路,光学素子の歪みや傷は流動開始前後で変化しないため,これらの情報は実験結果にはまったく影響を及ぼさない.定常流動状態において撮影を行い,本手法を適用することにより従来では得られなかった鮮明な干渉縞が撮影できた.この干渉縞は,流動により流体内に発生した応力場の等主応力差に比例する縞模様である.本実験では,さらに,停止状態から急激に流動を開始し定常流れに達するまでの過程,すなわちスタートアッップ流れにおける応力場の発達過程を実時間で観測し,流量の増加過程と応力分布の変化の対応を明らかにすることができた.

光弹性全息干涉测量法是为了弥补光弹性测量作为固体力学实验方法的缺点而开发的，可以比较随时间的变化，它被应用于分析聚合物流体A的流动产生的应力场。选择塑料成型加工中最重要的通道单元——二维快速收缩通道作为实验通道，可视化部分采用工程玻璃制成，其他部分采用丙烯酸树脂制成，收缩率为1 : 4.聚合物流体和在实验计划中，我们计划使用形成管状胶束并表现出粘弹性的表面活性剂水溶液，但由于对水溶液的均匀性存在疑问，因此在文献中找不到聚异丁烯的机械和光学性能。使用十四烷溶液。测试通道充满聚合物流体样品，在流体静止且流体中的应力松弛后拍摄参考全息图。该全息图顶部是聚合物流除了物体的光学特性外，还记录了流路和每个光学元件中的扭曲和划痕等噪声信息，这些信息通常在光弹性实验中必须完全消除。当重叠时，在存在干涉条纹的地方会出现干涉条纹。与流动开始之前相比，光学发生变化。由于流动路径和光学元件中的扭曲和缺陷在流动开始之前和之后没有变化，因此该信息根本不会影响实验结果。在稳定流动条件下。通过应用这种方法，我们能够捕获传统方法无法获得的清晰干涉条纹，这些干涉条纹是与由于流动而在流体中产生的应力场中的等主应力差成比例的条纹图案。在本次实验中，我们还实时观察了流动从停止状态突然启动直至达到稳定流动的过程，即启动流动中应力场的发展过程，并且观察到了流量的增加我们能够阐明变化的对应关系。