Metoda przemieszczeń wymuszonych

Dla badań statycznych największe znaczenie ma metoda przemieszczeń wymuszonych. Pozwala ona na wyznaczenie linii (lub powierzchni) wpływu siły uogólnionej, działającej na układ sprężysty, przez wprowadzenie w modelu odpowiedniego przemieszczenia. Metoda przemieszczeń wymuszonych ma zastosowanie głównie do układów prętowych (program uprawnienia budowlane na komputer).

Użycie jej do układów powierzchniowych (poszukiwanie powierzchni wpływu) zostało dopiero niedawno zapoczątkowane i nastręcza znacznie więcej trudności technicznych. Metoda może być stosowana do układów o liniowej zależności naprężeń i przemieszczeń (liniowość geometryczna i fizykalna). W takich układach obowiązuje zasada superpozycji.

Metoda przemieszczeń wymuszonych została zaproponowana przez Beggsa w USA (1916) i rozpowszechniła się głównie w laboratoriach amerykańskich. Jest ona tam wyprowadzana nie z zasady Bettiego, lecz z pochodzącej od niej zasady Muller-Breslau’a, która mówi o kształcie linii wpływowej siły uogólnionej (program uprawnienia budowlane na ANDROID). Odmianą metody Beggsa jest metoda wyłączania (przegubowa) El-Waheda, której istotą jest porównanie przemieszczeń układu rzeczywistego i układu z przegubem swobodnym, wstawionym w badany przekrój. Uzasadnienie teoretyczne obu metod, oparte na zasadzie Bettiego, zostało dokonane przez Janusza.

Podstawowym urządzeniem przy badaniach laboratoryjnych jest deformator - przyrząd wprowadzający potrzebne przemieszczenie (przesuniecie lub obrót) w miejscu przecięcia modelu lub też w jego miejscu podparcia. Modele, wykonane najczęściej z celuloidu, poddaje się odkształceniom na tyle małym, żeby nie przekroczyć granicy sprężystości materiału ani też nie spowodować istotnej zmiany kształtu konstrukcji. Technika badania płaskich ustrojów prętowych jest stosunkowo prosta (uprawnienia budowlane).

Płaski model, wycięty np. z arkusza celuloidu, układa się poziomo na kulkach szklanych dla uniknięcia tarcia. Do wywołania przemieszczeń wymuszonych służą 3 rodzaje deformatorów: do przemieszczeń podłużnych, przemieszczeń poprzecznych i obrotów. Dzięki poziomemu ułożeniu modelu ciężar własny modelu i deformatorów prawie nie wpływa na otrzymane wyniki (program egzamin ustny).

Badania układów powierzchniowych

Do wyznaczenia przesunięć stosuje się zazwyczaj mikroskop pomiarowy (opinie o programie). Szereg typów aparatury do tych badań opisano w literaturze. Wykorzystanie metody przemieszczeń wymuszonych do badania układów prętowych przestrzennych oraz układów powierzchniowych wymagało pokonania wielu trudności, w szczególności zmiany typów deformatorów i zmiany sposobu pomiarów przesunięć. W Polsce badania te zostały umożliwone dzięki pracom ośrodka śląskiego (Janusz, Dąbrowski, Kolendowicz i inni). W badaniach przestrzennych układów prętowych najistotniejsze jest wyeliminowanie naprężeń wywołanych przez ciężar deformatorów zawieszonych na modelu.

Obszerne omówienie teorii i techniki tych badań zawiera praca Kolendowicza (segregator aktów prawnych). Badania układów powierzchniowych (płyt i powłok) polegają na wykonaniu w modelu przecięcia na pewnej długości i wprowadzenie tam odpowiedniego przemieszczenia uogólnionego. Można wykazać, że odkształcona powierzchnia modelu przedstawia powierzchnię wpływową odpowiedniej siły uogólnionej. Metodę przemieszczeń wymuszonych można zastosować również do układów, poddanych wpływom niemechanicznym, jak np. działanie skurczu, temperatury, nierówności podpór, błędów montażowych itp. Działania te są bowiem przemieszczeniami wymuszonymi (w układzie rzeczywistym).

Elastooptyczna metoda analizy naprężeń opierająca się na zjawisku dwójłomności wymuszonej oraz na prawie podobieństwa modelowego, rozwój swój datuje od pierwszego dziesięciolecia naszego wieku. Aczkolwiek zjawisko dwójłomności wymuszonej zostało odkryte przez Seebecka w 1813 r. i zbadane przez Brewstera w 1816 r., a związek pomiędzy optycznym efektem a naprężeniami ustalony już w 1854 r. (Wertheim, Maxwell), do zastosowania elastooptyki w technice doszło dopiero po sformułowaniu w 1898 r. (M. Levy) podstawowych praw podobieństwa modelowego (promocja 3 w 1).