ГОСТ Р МЭК 60793-1-33-2014 Волокна оптические. Часть 1-33. Методы измерений и проведение испытаний. Стойкость к коррозии в напряженном состоянии (Переиздание)

Приложение Н
(справочное)

     
Анализ методов испытаний по определению параметра стойкости к коррозии в напряженном состоянии

Н.1 Введение

В данном стандарте описывается несколько методов испытаний, которые можно использовать для определения параметра стойкости к коррозии в напряженном состоянии оптического волокна из стекла. Целью данного приложения является описание данного механического параметра и демонстрация связи между результатами, полученными при помощи разных методов испытаний.

Н.2 Рост трещины (процесс разрыва волокна)

Многомодовые волокна типов А1, А2, А3 с и одномодовые волокна категории В изготавливают из кварцевого стекла, состоящего из кольцевых тетраэдральных образований . Механические связи такого типа разрушаются при нагрузке в 20 ГПа (то есть инертная прочность, без роста трещины). Концентрация напряжений на концах трещины приводит к разрушению волокна при меньших нагрузках [1]. Такая концентрация напряжений характеризуется коэффициентом интенсивности напряжений

,                                                                        (Н.1)

где Y - геометрический коэффициент;

a - глубина трещины;

- величина прилагаемой нагрузки.

Разрушение происходит при достижении критического значения , составляющего приблизительно 0,8 МПа [2], [3]. Для полуэллиптической или полукруговой трещины Y=1,24 [2]. Отсюда видно, что существует однозначная связь между глубиной трещины и разрывным усилием.

На практике разрыв происходит при гораздо меньших значениях разрывного усилия, чем следующих из соотношения глубины трещины и разрывного усилия. Более того, разрывное усилие для оптического волокна зависит от времени. Это объясняется ростом трещин вследствие химической реакции в напряженном состоянии, разрушающей связи. Экспериментальные условия, особенно вода, являются важным фактором, влияющим на рост трещин (da/dt). Коррозия кварцевого стекла, вызванная напряжением, обычно описывается степенной зависимостью, где скорость роста трещины v равна , где A - масштабный коэффициент скорости роста трещины, а n - параметр стойкости к коррозии в напряженном состоянии [1]. В моделях надежности волокна данная степенная зависимость часто используется [5], что показывает важность определения величины n. Эта величина может зависеть от специфических характеристик стекловолокна и/или его оболочки [6], [7], [8], [9].

При испытаниях волокна методами, описанными в данном стандарте, тестируются сравнительно небольшие длины волокна, в результате чего получают данные по коррозии в напряженном состоянии, имеющие распределение внутренней прочности.

На практике наличие микротрещин в волокне (то есть распределение внешней прочности ниже распределения внутренней прочности) приводит к разрушению волокна. Поэтому для расчета срока службы волокна следует использовать параметр стойкости к коррозии в напряженном состоянии этих микротрещин. Вследствие того, что данный параметр очень тяжело определить, в настоящее время используется коррозия, вызванная напряжением, имеющая распределение внутренней прочности. Оправданность такого подхода была показана в экспериментах с волокном, изношенным трением, где видно, что данный выбор отображает даже наихудшую ситуацию. Значение n для волокна, изношенного трением, оказалось выше, чем для распределения внутренней прочности [5], [10], [11], [12], [13].

Н.3 Типы методов испытаний по определению стойкости к коррозии в напряженном состоянии

Значение параметра стойкости к коррозии в напряженном состоянии стандартного оптического стекловолокна обычно находится в пределах 17-40, большее значение свидетельствует о более медленном росте трещин. Различия в значениях параметра объясняются различиями в способах измерения. На практике применяют два вида испытаний: статические и динамические. Данные испытания описаны в следующих приложениях настоящего стандарта:

- динамические испытания:

- приложение А: определение динамической величины n с помощью растяжения;

- приложение В: определение динамической величины n с помощью двухточечного изгиба;

- статические испытания:

- приложение С: определение статической величины n с помощью растяжения;

- приложение D: определение статической величины n с помощью двухточечного изгиба;

- приложение Е: определение статической величины n с помощью равномерного изгиба.

Как указано в представленных методах испытаний, данные испытания проводят в стандартных комнатных условиях. Результаты этих испытаний не должны использоваться для расчетов надежности в условиях, отличных от стандартных.

Для сравнения двух групп испытаний на усталость возможно для испытания на динамическую усталость перевести историю нагружения в "эффективное" статическое время до разрыва [14].

Для испытания на растяжение записывают в виде