Волоконно-оптический кабель
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?м является более критичным, т.к. зависимость затухания ОВ от микро- и макроизгибов сильнее, чем от продольного растяжения.
.2 Механический расчет кабеля
Целью механического расчета оптического кабеля является определение предельных растягивающих усилий, которым способен противостоять кабель при подвеске и эксплуатации.
Расчет проводится исходя из достижения оптическим волокном в кабеле предельного удлинения (0,5%), которое может возникнуть во время подвески или эксплуатации. Причем удлинение 0,5% соответствует натяжению оптического волокна с усилием 4 Н, равному усилию, которому подвергается волокно при 100% тестировании на стадии его изготовления. Аналогичные и даже более высокие требования по удлинению и нагрузкам предъявляют к ОВ и зарубежные фирмы-изготовители ОВ.
Кроме того, за счет геликоидального расположения ОВ в ТЗО, имеется его избыточная длина, превышающая длину ТЗО на величину от 0,25 до 0,5%. Интересно отметить, что зарубежными изготовителями самонесущих оптических кабелей, величина превышения ОВ над ТЗО составляет 0,45 - 0,7%.
И, наконец, за счет смещения ОВ из предполагаемого положения в центре ОМ на минимальное расстояние к оси ОК волокно может еще увеличить на 0,7 - 0,9% превышение длины ТЗО.
Таким образом, максимально возможное удлинение ОК, при котором ОВ получает нагрузку, равную тестирующей, определяется:
гдеЕп - превышение длины ОВ над ТЗО, 0,25-0,70%;
- предельно допустимое удлинение ОВ, равное удлинению
при тестировании, % ( = 0,5%);
Ео - удлинение ОВ при его смещении к центру ОК при его
растяжении, Ео = 0,07 - 0,09%.
%.
Соответственно, максимально возможное удлинение, соответствующее исходному минимальному превышению длины ОВ над длиной ТЗО, т.е. 0,25% будет:
%.
А среднее значение максимального удлинения ОК составит:
%
Для расчета примем величину Еок = 1,0%, т.е. меньшую, чем среднее значение, тем самым, ужесточая требования к относительному удлинению кабеля.
Таким образом, критерием механического расчета кабеля, является такое его удлинение, при котором оптические волокна во время действия усилий, прикладываемых к кабелю при подвеске и эксплуатации, т.е. не продолжительное время, получают удлинение 0,5%. В зарубежной литературе встречаются данные о более жестких требованиях к допустимым растягивающим нагрузкам кабелей, величины которых принимаются равными 0,3%, а максимальное натяжение волокна при максимальном рабочем напряжении 0,25%, однако, изготовители таких самонесущих ОК принимают минимальное превышение ОВ над ТЗО 0,45%.
Часть нагрузки, которую примет на себя стеклопластик, при удлинении Еок = 1% (для простоты расчета, влиянием прочих полимерных материалов пренебрегаем) определяется:
,
где - удлинение стеклопластика при разрыве, %, = 3%;
- нагрузка при разрыве стеклопластика, Н.
,
гдеПсп - площадь поперечного сечения стеклопластика, мм;
- предел прочности при разрыве стеклопластика, равный ?1800 МПа.
мм
Нагрузка приходящаяся на стеклопластик будет:
при разрывеН
при удлинении 1%Н
Соответственно растягивающая нагрузка, приходящаяся в кабеле на двухслойную броню из круглых проволок при удлинении ОК на 1% определяется:
На первый слой круглопроволочной брони:
, Н
где - нагрузка, прикладываемая к одной проволоке при ее
удлинении в 1%,
,
где - удлинение стальной проволоки при разрыве, равное 13%,
- нагрузка при разрыве стальной проволоки, Н.
, Н
гдеПбр1 - площадь поперечного сечения проволоки, мм;
- предел прочности при разрыве стальной проволоки, равный 2400 МПа.
мм
Нагрузка приходящаяся на одну стальную проволоку будет:
при разрывеН
при удлинении 1%Н
n - количество проволок, шт.;
?1 - угол наложения проволок, град.
,
гдеНбр1 - шаг скрутки проволок. Нбр1 = 150 мм.
Dбр1 - средний диаметр по первому слою брони, мм.
Нагрузка приходящаяся на первый слой стальной круглопроволочной брони:
Н
На второй слой круглопроволочной брони:
,
где - нагрузка, прикладываемая к одной проволоке при ее
удлинении в 1%,
,
где - удлинение стальной проволоки при разрыве, равное 13%,
- нагрузка при разрыве стальной проволоки, Н.
, Н
где - площадь поперечного сечения проволоки, мм;
- предел прочности при разрыве проволоки, равный 2400 МПа;
мм
Нагрузка, приходящаяся на одну стальную проволоку будет:
при разрыве Н
при удлинении 1% Н
n2 - количество проволок во втором слое брони, шт.;
?2 - угол наложения проволок, град.
,
гдеНбр2 - шаг скрутки нитей. Нбр1 = 150 мм.
Dбр2 - средний диаметр по первому слою брони, мм.
Нагрузка приходящаяся на второй слой стальной круглопроволочной брони:
Н
Суммарная нагрузка на кабель определится:
Н
Следовательно, расчетный коэффициент запаса по растягивающим усилиям будет:
,
- нормируемое значение для самонесущих кабелей, наружным диаметром свыше 19 мм, = 20 кН [14].
Из полученных результатов видно, что при воздействии нормированной растягивающей нагрузки (=20000 Н) ОК будет удлиняться на величину менее 1%, следовательно, и ОВ получат меньшую нагрузку и уд