Photoelasticity
सामग्री विज्ञान में, फोटोइलास्टिसिटी यांत्रिक विरूपण के तहत सामग्री के ऑप्टिकल गुणों में परिवर्तन का वर्णन करती है। यह सभी परावैद्युत माध्यमों का एक गुण है और अक्सर इसका उपयोग किसी सामग्री में तनाव वितरण को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित करने के लिए किया जाता है। फोटोइलास्टिक घटना की खोज सबसे पहले स्कॉटिश भौतिक विज्ञानी डेविड ब्रूस्टर ने की थी, जिन्होंने तुरंत इसे तनाव-प्रेरित बाइरफ्रिंजेन्स के रूप में पहचाना। ऑगस्टिन-जीन फ्रेसनेल द्वारा एक प्रत्यक्ष अपवर्तन प्रयोग में उस निदान की पुष्टि की गई थी। बीसवीं शताब्दी की शुरुआत में लंदन विश्वविद्यालय के ई. जी. कोकर और एल. एन. जी. फिलोन के कार्यों के साथ प्रयोगात्मक ढांचे विकसित किए गए थे। 1930 में कैम्ब्रिज प्रेस द्वारा प्रकाशित उनकी पुस्तक ट्रीटीज ऑन फोटोइलास्टिसिटी, इस विषय पर एक मानक पाठ बन गई। 1930 और 1940 के बीच, इस विषय पर कई अन्य पुस्तकें प्रकाशित हुईं, जिनमें रूसी, जर्मन और फ्रेंच की पुस्तकें शामिल थीं। मैक्स एम. फ्रॉक्ट ने इस क्षेत्र में दो खंडों का उत्कृष्ट कार्य, फोटोइलास्टिसिटी प्रकाशित किया। साथ ही, इस क्षेत्र में बहुत विकास हुआ-तकनीक में बहुत सुधार किए गए, और उपकरणों को सरल बनाया गया। प्रौद्योगिकी में परिष्करण के साथ, फोटोइलास्टिक प्रयोगों को तनाव की त्रि-आयामी स्थितियों को निर्धारित करने के लिए विस्तारित किया गया था। प्रायोगिक तकनीक में विकास के समानांतर, फोटोइलास्टिसिटी का पहला घटनात्मक विवरण 1890 में फ्रेडरिक पॉकेल्स द्वारा दिया गया था, हालांकि यह लगभग एक सदी बाद नेल्सन और लैक्स द्वारा अपर्याप्त साबित हुआ क्योंकि पॉकेल्स द्वारा किए गए विवरण में केवल सामग्री के ऑप्टिकल गुणों पर यांत्रिक तनाव के प्रभाव पर विचार किया गया था। डिजिटल ध्रुवीय के आगमन के साथ-प्रकाश उत्सर्जक डायोड द्वारा संभव बनाया गया-भार के तहत संरचनाओं की निरंतर निगरानी संभव हो गई। इससे गतिशील फोटोइलास्टिसिटी का विकास हुआ, जिसने सामग्री के फ्रैक्चर जैसी जटिल घटनाओं के अध्ययन में बहुत योगदान दिया है। अनुप्रयोग फोटोइलास्टिसिटी का उपयोग विभिन्न प्रकार के तनाव विश्लेषणों के लिए और यहां तक कि डिजाइन में नियमित उपयोग के लिए भी किया गया है, विशेष रूप से सीमित तत्वों या सीमा तत्वों जैसे संख्यात्मक तरीकों के आगमन से पहले। ध्रुवीय प्रतिलिपि का डिजिटलीकरण तेजी से छवि अधिग्रहण और डेटा प्रसंस्करण को सक्षम बनाता है, जो इसके औद्योगिक अनुप्रयोगों को कांच और बहुलक जैसी सामग्रियों के लिए निर्माण प्रक्रिया की गुणवत्ता को नियंत्रित करने की अनुमति देता है। डेन्टिस्ट्री डेन्चर सामग्री में तनाव का विश्लेषण करने के लिए फोटोइलास्टिसिटी का उपयोग करती है। फोटोइलास्टिसिटी का उपयोग चिनाई के भीतर या एक लोचदार माध्यम में एम्बेडेड एक कठोर रेखा समावेशन (स्टिफ़नर) की निकटता में अत्यधिक स्थानीय तनाव स्थिति की जांच करने के लिए सफलतापूर्वक किया जा सकता है। पहले मामले में, ईंटों के बीच संपर्क के कारण समस्या अरैखिक है, जबकि बाद के मामले में लोचदार समाधान एकवचन है, ताकि संख्यात्मक तरीके सही परिणाम प्रदान करने में विफल हो सकें। इन्हें फोटोइलास्टिक तकनीकों के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है। हाई-स्पीड फोटोग्राफी के साथ एकीकृत गतिशील फोटोइलास्टिसिटी का उपयोग सामग्री में फ्रैक्चर व्यवहार की जांच करने के लिए किया जाता है। फोटोइलास्टिसिटी प्रयोगों का एक अन्य महत्वपूर्ण अनुप्रयोग द्वि-भौतिक नोकों के आसपास तनाव क्षेत्र का अध्ययन करना है। वेल्डेड या चिपकने वाली बंधी संरचनाओं जैसे कई इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में द्वि-सामग्री नोक मौजूद हैं। औपचारिक परिभाषा एक रैखिक परावैद्युत पदार्थ के लिए विरूपण (विस्थापन का ढाल) के संबंध में व्युत्क्रम पारगम्यता टेंसर में परिवर्तन का वर्णन इस प्रकार किया जाता है कि चौथी श्रेणी का फोटोइलास्टिसिटी टेंसर कहाँ है, संतुलन से रैखिक विस्थापन है, और कार्टेशियन निर्देशांक के संबंध में विभेदन को दर्शाता है। आइसोट्रोपिक पदार्थों के लिए, यह परिभाषा सरल बनाती है कि फोटोइलास्टिक टेंसर (फोटोइलास्टिक स्ट्रेन टेंसर) का सममित भाग कहाँ है, और रैखिक तनाव है। के सममितिविरोधी भाग को रोटो-ऑप्टिक टेंसर के रूप में जाना जाता है। किसी भी परिभाषा से, यह स्पष्ट है कि शरीर में विकृति ऑप्टिकल अनिसोट्रोपी को प्रेरित कर सकती है, जो अन्यथा ऑप्टिकल रूप से आइसोट्रोपिक सामग्री को बाइरफ्रिंजेन्स प्रदर्शित करने का कारण बन सकती है। यद्यपि सममित फोटोइलास्टिक टेंसर को आमतौर पर यांत्रिक तनाव के संबंध में परिभाषित किया जाता है, लेकिन यांत्रिक तनाव के संदर्भ में फोटोइलास्टिसिटी को व्यक्त करना भी संभव है। प्रयोगात्मक सिद्धांत प्रयोगात्मक प्रक्रिया कुछ पारदर्शी सामग्रियों द्वारा प्रदर्शित बाइरफ्रिंजेन्स के गुण पर निर्भर करती है। बायरेफ्रिंजेंस एक ऐसी घटना है जिसमें किसी दिए गए पदार्थ से गुजरने वाली प्रकाश की किरण दो अपवर्तक सूचकांकों का अनुभव करती है। बाइरफ्रिंजेन्स (या दोहरा अपवर्तन) का गुण कई ऑप्टिकल क्रिस्टल में देखा जाता है। तनावों के अनुप्रयोग पर, प्रकाश-लोचदार पदार्थ द्विभाज्यता के गुण को प्रदर्शित करते हैं, और पदार्थ में प्रत्येक बिंदु पर अपवर्तक सूचकांकों का परिमाण सीधे उस बिंदु पर तनाव की स्थिति से संबंधित होता है। अधिकतम कतरनी तनाव और इसके अभिविन्यास जैसी जानकारी पोलरिस्कोप नामक उपकरण के साथ बाइरफ्रिंजेंस का विश्लेषण करके उपलब्ध होती है। जब प्रकाश की एक किरण एक प्रकाश-स्थितिस्थापक पदार्थ के माध्यम से गुजरती है, तो इसके विद्युत चुम्बकीय तरंग घटकों को दो प्रमुख तनाव दिशाओं के साथ हल किया जाता है और प्रत्येक घटक द्विभाजक के कारण एक अलग अपवर्तक सूचकांक का अनुभव करता है। अपवर्तक सूचकांकों में अंतर दो घटकों के बीच एक सापेक्ष चरण मंदता की ओर ले जाता है। समस्थानिक पदार्थों से बने एक पतले नमूने को मानते हुए, जहां द्वि-आयामी प्रकाश-लोच लागू होती है, सापेक्ष मंदता का परिमाण तनाव-ऑप्टिक नियम द्वारा दिया जाता हैः जहां Δ प्रेरित मंदता है, C है, t नमूना की मोटाई है, λ निर्वात तरंग दैर्ध्य है, और σ1 और σ2 क्रमशः पहले और दूसरे प्रमुख तनाव हैं। मंदता संचारित प्रकाश के ध्रुवीकरण को बदल देती है। पोलारिस्कोप नमूने को पार करने से पहले और बाद में प्रकाश तरंगों की विभिन्न ध्रुवीकरण स्थितियों को जोड़ती है। दो तरंगों के ऑप्टिकल हस्तक्षेप के कारण, एक फ्रिंज पैटर्न प्रकट होता है। फ्रिंज ऑर्डर एन की संख्या को दर्शाया जाता है जो सापेक्ष मंदता पर निर्भर करता है। फ्रिंज पैटर्न का अध्ययन करके सामग्री में विभिन्न बिंदुओं पर तनाव की स्थिति निर्धारित की जा सकती है। उन सामग्रियों के लिए जो फोटोइलास्टिक व्यवहार नहीं दिखाते हैं, तनाव वितरण का अध्ययन करना अभी भी संभव है। पहला कदम फोटोइलास्टिक सामग्री का उपयोग करके एक मॉडल का निर्माण करना है, जिसमें जांच के तहत वास्तविक संरचना के समान ज्यामिति हो। लोडिंग को फिर उसी तरह से लागू किया जाता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि मॉडल में तनाव वितरण वास्तविक संरचना में तनाव के समान है। आइसोक्लिनिक्स और आइसोक्रोमैटिक्स आइसोक्लिनिक्स नमूने में उन बिंदुओं के स्थान हैं जिनके साथ प्रमुख तनाव एक ही दिशा में होते हैं। आइसोक्रोमैटिक्स उन बिंदुओं का स्थान है जिनके साथ पहले और दूसरे प्रमुख तनाव में अंतर समान रहता है। इस प्रकार वे रेखाएँ हैं जो बराबर अधिकतम अपरूपण तनाव परिमाण के साथ बिंदुओं में शामिल होती हैं। द्वि-आयामी प्रकाश-स्थितिस्थापकता प्रकाश-स्थितिस्थापकता तनाव की त्रि-आयामी और द्वि-आयामी दोनों स्थितियों का वर्णन कर सकती है। हालांकि, त्रि-आयामी प्रणालियों में फोटोइलास्टिसिटी की जांच द्वि-आयामी या समतल-तनाव प्रणाली की तुलना में अधिक शामिल है। इसलिए वर्तमान खंड एक समतल तनाव प्रणाली में फोटोइलास्टिसिटी से संबंधित है। यह स्थिति तब प्राप्त होती है जब प्रोटोटाइप की मोटाई समतल में आयामों की तुलना में बहुत कम होती है। इस प्रकार केवल मॉडल के तल के समानांतर कार्य करने वाले तनावों से संबंधित है, क्योंकि अन्य तनाव घटक शून्य हैं। प्रयोगात्मक व्यवस्था प्रयोग से प्रयोग में भिन्न होती है। दो बुनियादी प्रकार के सेटअप का उपयोग किया जाता है प्लेन पोलारिस्कोप और सर्कुलर पोलारिस्कोप। द्वि-आयामी प्रयोग का कार्य सिद्धांत मंदता को मापने की अनुमति देता है, जिसे पहले और दूसरे प्रमुख तनाव और उनके अभिविन्यास के बीच के अंतर में परिवर्तित किया जा सकता है। प्रत्येक तनाव घटक के मूल्यों को आगे बढ़ाने के लिए, तनाव-पृथक्करण नामक एक तकनीक की आवश्यकता होती है। व्यक्तिगत तनाव घटकों को हल करने के लिए अतिरिक्त जानकारी प्रदान करने के लिए कई सैद्धांतिक और प्रयोगात्मक तरीकों का उपयोग किया जाता है। प्लेन पोलारिस्कोप सेटअप इस सेटअप में दो रैखिक ध्रुवीकरण और एक प्रकाश स्रोत होता है। प्रकाश स्रोत या तो प्रयोग के आधार पर एकवर्णी प्रकाश या सफेद प्रकाश का उत्सर्जन कर सकता है। सबसे पहले प्रकाश को पहले ध्रुवीकरण के माध्यम से पारित किया जाता है जो प्रकाश को समतल ध्रुवीकृत प्रकाश में बदल देता है। उपकरण को इस तरह से स्थापित किया जाता है कि यह समतल ध्रुवीकृत प्रकाश फिर तनावग्रस्त नमूने से गुजरता है। यह प्रकाश तब, नमूने के प्रत्येक बिंदु पर, उस बिंदु पर प्रमुख तनाव की दिशा का अनुसरण करता है। फिर प्रकाश को विश्लेषक के माध्यम से पारित किया जाता है और हम अंत में फ्रिंज पैटर्न प्राप्त करते हैं। प्लेन पोलारिस्कोप सेटअप में फ्रिंज पैटर्न में आइसोक्रोमैटिक्स और आइसोक्लिनिक्स दोनों होते हैं। आइसोक्लिनिक्स ध्रुवीय के अभिविन्यास के साथ बदलते हैं जबकि आइसोक्रोमैटिक्स में कोई बदलाव नहीं होता है। सर्कुलर पोलारिस्कोप सेटअप एक सर्कुलर पोलारिस्कोप सेटअप में प्लेन पोलारिस्कोप के प्रायोगिक सेटअप में दो क्वार्टर-वेव प्लेटों को जोड़ा जाता है। पहली चतुर्थांश-तरंग प्लेट को ध्रुवीकरण और नमूने के बीच रखा जाता है और दूसरी चतुर्थांश-तरंग प्लेट को नमूना और विश्लेषक के बीच रखा जाता है। स्रोत-पक्ष ध्रुवीकरण के बाद चतुर्थांश-तरंग प्लेट को जोड़ने का प्रभाव यह है कि हम नमूने से गुजरते हुए गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश प्राप्त करते हैं। एनालाइजर-साइड क्वार्टर-वेव प्लेट, एनालाइजर के माध्यम से प्रकाश के गुजरने से पहले गोलाकार ध्रुवीकरण स्थिति को रैखिक में बदल देती है। एक समतल ध्रुवीय पर वृत्ताकार ध्रुवीय का मूल लाभ यह है कि एक वृत्ताकार ध्रुवीय व्यवस्था में हमें केवल आइसोक्रोमैटिक्स मिलता है न कि आइसोक्लिनिक्स। यह आइसोक्लिनिक्स और आइसोक्रोमैटिक्स के बीच अंतर करने की समस्या को समाप्त करता है। एकोस्टो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर इलेक्ट्रोस्ट्रिक्शन मैकेनोक्रोमिज्म फोटोइलास्टिक मॉड्यूलेटर पोलरिमेट्री संदर्भ फोटोइलास्टिसिटी पर कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय पृष्ठ के बाहरी लिंक भी देखें। संरचनाओं और फोटोइलास्टिसिटी के भौतिक मॉडलिंग के लिए प्रयोगशाला (ट्रेंटो विश्वविद्यालय, इटली) अपने स्वयं के ध्रुवीय सामग्री सामग्री विज्ञान मैकेनिकल इंजीनियरिंग यांत्रिकी प्रकाशिकी का निर्माण करें