Приложение А (обязательное). Определение динамической величины n с помощью осевого растяжения

Приложение А
(обязательное)

Определение
динамической величины n с помощью осевого растяжения

Данный метод предназначен для определения динамического параметра стойкости к коррозии в напряженной состоянии (динамической n величины - оптического волокна при установленных постоянных значениях скорости растяжения волокна.

Данный метод предназначен для проведения измерений на тех оптических волокнах, для которых медианное значение решающего усилия более 3 ГПа при наибольшей установленной скорости растяжения. Для волокон с медианным значением разрушающего усилия менее 3 ГПа условия, указанные в настоящем стандарте, не обеспечивают достаточной точности измерений.

Данный метод предназначен для измерения параметров усталости волокон методом изменения скорости растяжении волокна. Данный метод испытания применим к волокнам и скоростям растяжения, для которых логарифм разрушающего усилия по отношению к логарифму скорости растяжения изменяется по линейному закону.

А.1 Измерительное оборудование

В данном разделе указаны основные требования к оборудованию, используемому при испытаниях по определению динамического разрывного усилия. Этим требованиям удовлетворяет несколько схем испытательного оборудования. Примеры представлены на рисунках А.1 - А.3. Если в частных технических условиях не указано иное, то длина измерительной базы образца при испытании образца на растяжение должна быть 500 мм.

А.1.1 Крепление образца

Закрепляют испытуемый отрезок волокна с двух концов и прикладывают к нему растягивающее усилие до тех пор, пока не произойдет разрыва волокна в пределах измерительной базы. Минимизируют возможность разрыва волокна в креплениях путем обеспечения трения об их поверхность, предотвращающего проскальзывание волокна.

Данные, полученные при разрывах волокна в креплениях, не включают в статистику и не используют при расчетах.

Для крепления волокна используют натяжной барабан, дополнительно покрытый оболочкой из эластомера. Часть волокна, не подвергаемую испытанию, обматывают вокруг натяжного барабана несколькими витками и закрепляют конец волокна с помощью эластичной ленты или клейкой ленты. При намотке один виток волокна не должен заходить на другой. Измерительной базой волокна является длина волокна, находящегося между осями крепежных натяжных барабанов до момента начала растяжения.

Используют натяжной барабан и шкив такого диаметра, чтобы волокно не подвергалось напряжению вследствие изгиба, которое могло бы вызвать разлом волокна на натяжном барабане. Для типовых кварцевых волокон напряжения при изгибе не должны превышать 175 МПа при обертывании волокна, как показано на рисунках, или прохождении через шкив (для кварцевого волокна с диаметром оболочки 125 мкм и диаметром наружного покрытия 250 мкм минимальный диаметр натяжного барабана равен 50 мм). Поверхность натяжного барабана должна быть достаточно жесткой для того, чтобы волокно не врезалось в поверхность натяжного барабана при полной нагрузке. Это условие можно определить методом проведения предварительного испытания.

А.1.2 Приложение напряжения

Волокно растягивают при установленной скорости растяжения до его разлома. Скорость удлинения выражают в виде процентов за минуту относительно измерительной базы. Используют два способа:

a) увеличивают расстояние между натяжными барабанами, к которым крепится волокно, путем перемещения одного или обоих натяжных барабанов с установленной скоростью при начальном расстоянии между натяжными барабанами, равном измерительной базе (рисунок А.1); или

b) вращают один или оба натяжных барабана, к которым крепится волокно, таким образом наматывая испытуемое волокно (см. рисунки А.2 и А.3).

Скорость растяжения - это отношение изменения длины между двумя положениями ко времени, за которое это изменение произошло, выраженное в процентах.

Если используют метод b), то принимают меры по недопущению перекрещивания витков волокна при намотке на натяжной барабан.

Если волокна испытывают одновременно, то каждое волокно должно быть защищено от ударного воздействия остатков соседних волокон образующихся при разрыве при проведении испытания.

А.1.3 Измерение усилия на разрыв

Прочность на разрыв измеряют во время испытания и при разрыве волокна для каждого испытуемого волокна при помощи динамометрического датчика, откалиброванного с погрешностью не более 0,5% (0,005) от значения нагрузки при разрыве или максимальной нагрузки для каждого диапазона значений напряжения при разрыве. Калибруют динамометрический датчик, ориентируя его аналогично, как и при испытании волокна при приложении нагрузки. Для метода b) используют легкий шкив (или шкивы), имеющий низкое трение, вместо невращающегося натяжного барабана (см. рисунок А.2) или вращающегося натяжного барабана (см. рисунок А.3) при калибровании динамометрических датчиков при помощи троса и калибровочного груза.

Используют трос, прикрепленный к одному концу устройства для измерения нагрузки (или натяжному барабану этого устройства), дублирующий направление действительного испытуемого волокна и имеющий толщину или диаметр, сравнимые с испытуемым волокном. Для калибрования динамометрического датчика рекомендуется использовать три калибровочных груза, определяющих пределы изменения типового значения нагрузки до разрыва или максимальной нагрузки (50% ниже максимума, максимум и 50% выше максимума).

Максимальное значение растягивающей нагрузки в момент разрыва волокна может быть зафиксировано, например, при помощи регистратора с бумажной лентой. Время отклика должно быть достаточным для регистрации значения напряжения при разрыве с погрешностью в пределах 1% от действительного значения.

Примечание - Трение волокна о поверхность шкивов может привести к значительным погрешностям при калибровке динамометрического датчика в испытательных устройствах с вращающимся натяжным барабаном для волокна, размещаемого в горизонтальном положении.

А.1.4 Управление скоростью растяжения

Экспериментальным путем регулируют устройство управления скоростью с целью соответствия установленным значениям скорости растяжения волокна. Скорость растяжения выражают в процентах изменения измерительной длины за единицу времени. Если не указано иное в частных технических условиях, то максимальная скорость растяжения должна быть не более 100% в минуту. Действительное значение максимальной скорости растяжения определяют с учетом таких аспектов метода испытания, как требования к оборудованию, свойства материалов образца, и т.д. В дополнение к максимальной скорости используют три дополнительных значения скорости растяжения, каждое последовательно уменьшаемое приблизительно в 10 раз, начиная от максимального.

Существует возможность минимизировать продолжительность испытания путем использования большей скорости растяжения совместно с уменьшением нагрузки. Например, если установлена скорость растяжения 0,025% в минуту, то некоторые образцы испытывают при следующем большем значении (0,25% в минуту) для определения диапазона значений напряжения разрушения. Затем при большем значении скорости растяжения к ранее испытуемым образцам прикладывают предварительную нагрузку не более 80% наименьшего значения напряжения разрушения.

А.1.5 Определение скорости изменения напряжения

Скорость изменения напряжения может различаться в зависимости от типа волокна, оборудования, разрушающего напряжения, скольжения волокна и скорости растяжения. Скорость изменения напряжения пределяют# для каждого значения скорости растяжения, используемого при расчете усталости в соответствии с формулой

,

(А.1)

где - разрушающее напряжение;

- время до разрыва;

- время достижения 80% разрушающего напряжения.

А.2 Испытательная группа образцов

А.2.1 Количество образцов в испытательной группе

Вследствие изменчивости результатов испытаний испытывают минимум 15 образцов для каждого значения скорости растяжения и отбрасывают наименьшее значение разрушающего напряжения при разрыве волокна для каждого значения скорости растяжения. В качестве альтернативы, если средняя квадратичная ошибка оценочного значения угла наклона характеристики по отношению к ставляет# 0,0017 или больше (как объясняется в F.2, приложение F), то испытывают минимум 30 образцов для каждого значения скорости растяжения и отбрасывают два наименьших значения разрушающего напряжения при разрыве волокна для каждого значения скорости растяжения.

А.2.2 Количество образцов в испытательной группе (по выбору)

Как объяснено в А.2.1, могут потребоваться дополнительные образцы в некоторых случаях, для которых необходимо знать доверительный интервал оценочного значения динамической характеристики стойкости коррозии в напряженном состоянии . В таблице F.1 (приложение F) указаны разные размеры испытательной группы образцов в зависимости от ожидаемого значения угла наклона графика динамической функции Вейбулла . Соответствующее использование алгоритма в F.2 (приложение F) ограничено испытаниями, в которых один и тот же размер испытательной группы образцов установлен для каждого значения скорости растяжения.

А.3 Проведение испытания

Данная последовательность действий определяет, как получить значение разрушающего напряжения для определенного набора испытательных групп волокон, испытываемых при указанной скорости растяжения. Расчеты для совокупностей статистических данных представлены в F.2 (приложение F).

А.3.1 Устанавливают и регистрируют измерительную базу (см. А.1.2).

А.3.2 Устанавливают и регистрируют скорость растяжения (см. А.1.4).

А.3.3 Если используют способ, указанный в перечислении а) А.1.2, то возвращают натяжные барабаны, к которым крепят волокно, в такое положение, чтобы расстояние между ними равнялось измерительной базе.

А.3.4 К испытуемому образцу, установленному в креплениях, прикладывают нагрузку. Нагрузку прикладывают к одному концу волокна. Точка касания волокна должна находиться в том же месте, что и при калибровании нагрузки. Каждый образец волокна направляют таким образом, чтобы при намотке волокна на натяжной барабан с числом витков не менее требуемого, не происходило наложения витков волокна.

А.3.5 Перезагружают прибор, регистрирующий величину нагрузки.

А.3.6 Запускают двигатель, обеспечивающий приложение нагрузки к волокну. Регистрируют зависимость нагрузки от времени до момента разрушения волокна. Останавливают двигатель.

А.3.7 Повторяют шаги А.3.3 - А.3.6 для всех волокон в испытательной группе.

А.3.8 Рассчитывают разрывное усилие волокна при каждом разрыве. Используют уравнение (А.2).

А.3.9 Рассчитывают скорость изменения напряжения .

А.3.10 Проводят требуемые расчеты для данной совокупности статистических данных. Используют уравнения (A.3) - (А.6).

А.4 Расчеты

А.4.1 Разрывное усилие

Данный метод используют для расчета разрывного усилия в случае, когда влияние оболочки волокна можно не учитывать (менее 5%). Такие условия выполняются у стандартного волокна с диаметром сердцевины 125 мкм и диаметром оболочки 250 мкм (полимерная оболочка).

,

(А.2)

где Т - усилие (натяжение), действующее на композитный образец при разрыве;

- номинальное значение площади поперечного сечения стекловолокна.

Более детальный метод, указанный в F.3 (приложение F), используют в случае, когда влияние оболочки волокна необходимо учитывать при расчете разрывного усилия.

А.4.2 Разрывное усилие при заданной скорости растяжения

При построении графика функции распределения Вейбулла, характеризующего совокупность данных статистики, придерживаются следующего порядка действий.

a) Сортируют значения разрывного усилия в порядке возрастания от минимального до максимального. Каждому значению разрывного усилия присваивают ранг . Ранг - это порядковый номер, например первый ранг присваивают наименьшему значению разрывного усилия, второй ранг - следующему значению в порядке возрастания и т.д. Присваивают разные ранги каждому регистрируемому значению разрывного усилия, даже если некоторые равны по величине.

b) Рассчитывают интегральную вероятность разрыва волокна для каждого значения разрывного усилия:

, k = 1, 2, ...N,

(А.3)

где N - число образцов в комплекте.

c) С целью построения графика функции распределения Вейбулла строят кривую функции зависимости ln[-ln(1- )] от ln().

Примечание - Для этой цели существует специальная координатная бумага для построения графика функции распределения Вейбулла.

d) На график наносят требуемую информацию.

Для указанной измерительной базы и диаметра волокна графику функции распределения Вейбулла для динамической усталости соответствует следующая функция интегральной вероятности

.

(А.4)

Пусть k(P) = определяет ранг, связанный с указанной вероятностью Р.

Если k(Р) - целое число, то (P) = (P), разрывное усилие k(Р)-ого ранга. Если k(Р) - не целое число, то - целое число, меньшее k(Р) и . Тогда (Р) = .

Медианное значение разрывного усилия - (0,5). Угол наклона графика распределения Вейбулла равен

.

(A.5)

Параметр распределения Вейбулла

.

(А.6)

Для каждого значения скорости растяжения строят график распределения Вейбулла и определяют медианное значение разрывного усилия (0,5).

А.4.3 Динамический параметр стойкости к коррозии в напряженном состоянии (при растяжении)

Медианное значение разрывного усилия (0,5), как указано в А.4.2, в общем случае изменяется в зависимости от постоянной скорости растяжения следующим образом:

+ точка пересечения,

(А.7)

где точка пересечения - логарифм разрывного усилия при общей скорости изменения напряжения, как показано на рисунке А.4.

Точка пересечения может быть найдена следующим образом:

точка пересечения = - (угол наклона) .

(А.8)

Если не указано иное, то используют алгоритм, указанный в F.2 (приложение F), для расчета , , и 95% доверительного интервала для испытаний. Если не указано иное, то среднеквадратичная ошибка определения угла наклона графика зависимости от должна быть менее 0,0017. В F.2 (приложение F) приведен порядок расчета среднеквадратической ошибки определения угла наклона.

А.5 Результаты испытаний

По запросу должна предоставляться следующая информация:

- скорость растяжения;

- количество волокон в группе образцов и скорость растяжения при испытании этой группы;

- среднеквадратическая ошибка при определении угла наклона;

- , ;

- измерительная база волокна;

- внешние условия при проведении испытания;

- время нахождения под воздействием внешних условий при предварительном кондиционировании;

- метод расчета разрывного усилия;

- модуль Юнга волокна (если учитывается);

- модуль Юнга оболочки (оболочек) (если учитывается);

- графики распределения Вейбулла для всех значений скорости растяжения (если используются);

- метод расчета скорости изменения напряжения.

"Рисунок А.4 - Пример графика динамической усталости"