книги / Фотоника и оптоинформатика

Рис. 5. Окно для установки положения «нуля»

Рис. 6. Ввод данных глубины канавки

6.Затем выполнить обнуление позиции траверсы (подвижной части установки) на контроллере 2POINT BEND SYSTEM

нажатием Set position.

7.Вернуть плиты в точное положение 16000 мкм нажатием на кнопку Go to→16000→OK.

8.Поставить катушку с волокном вблизи с установкой для двухточечного изгиба. Отмотать 1 м волокна таким образом, чтобы оно свободно лежало на столе.

ВНИМАНИЕ! На катушке с волокном есть указание типа ЗУП: акрилат, полиимид, углерод/полиимид.

9.Продвинуть волокно ОВ от левых роликов до правых, как это показано на рис. 7. Продолжать вращение ролика, пока ОВ не встретит на пути правые ролики. Затем вращением нижнего правого роликапочасовойстрелкепродвинутьОВвсторонууловителяОВ.

81

Рис. 7. Схема загрузки волокна

10. Запустить измерения.

10.1. Нажать Automatic mode →Read script.

Выбрать требуемый скрипт, путь к папке со скриптами: C:\Program Files (x86)\FiberSigma\2POINT_Pro_II\crhbgn. Скрипт зависит от типа ЗУП и требуемой скорости нагружения, поэтому названия подписаны следующим образом «Тип ЗУП_Скорость нагружения». Используемые скорости нагружения: 10, 85, 630 и 3000 мкм/с.

10.2.Проверитьскриптнаналичиеошибок, нажавCheck script.

10.3.Выполнить скрипт, нажав Run script. Если предыдущая серия измерений была остановлена раньше, чем был полностью выполнен испытательный алгоритм из 15 обрывов, тогда появится сообщение с предложением продолжить скрипт (Continue script). Если в продолжении нет необходимости, то скрипт можно начать заново (Restart script). Нажать на кнопку ОК на всплывающей панели с информационным сообщением.

ВНИМАНИЕ! При необходимости во время автоматической заправки ОВ в погрузчик процедуру можно прервать нажатием Stop auto mode. Также во время движения траверсы на экране можно нажать кнопку STOP, чтобы остановить движение плит.

ВНИМАНИЕ! Во время работы может появиться информационное сообщение о том, что обрыв ОВ не произошел до достижения расстояния между плитами 250 мкм. Это связано с тем, что

82

акустический датчик не смог зафиксировать момент разрушения ОВ. В этом случае нажать ОК→Stop auto mode.

10.4.Выставить расстояние между плитами 16000 мкм: Go to→16000→OK. Вращением правого нижнего ролика по часовой стрелке убрать правый конец ОВ в уловитель. Повторить п. 6.

В конце измерений появляется информационное сообщение

овыполненном измерительном цикле. Нажимаем ОК.

10.5.Выполнить пп. 6, 7 для оставшихся скоростей. Сохранить данные в формате .csv, нажав кнопку Save data

file (рис. 8), в папку с соответствующим типом ОВ с указанием даты проведения измерения и именем.

Рис. 8. Кнопка сохранения файла

Анализ полученных данных

1.Структурировать данные файла формата .csv. Для этого открываем файл, выделяем первый столбец, заходим во вкладки «Данные» → «Текст» по столбцам и выбираем «с разделителями → запятая → готово». Пример структурированных данных представлен на рис. 9.

2.Произвести расчет механических параметров для всех измеренных скоростей. Для этого создать файл типа Excel (.XLS или .XLSX). В файле создать таблицу для расчета, как показано на рис. 10.

83

Рис. 9. Пример данных до и после структурирования

Рис. 10. Пример таблицы с расчетами для определения параметра Вейбулла для скорости 10 мкм/с

3.Из файла формата .csv перенести значения предела прочности «S (МPa)» (см. рис. 9: выделенный столбец 1) в расчетную таблицу в столбец «σ, МПа» (см. рис. 10: выделенный столбец 1).

4.Из файла формата .csv перенести значения изменения скорости изменения механического напряжения σ «S.MPa/s» (см. рис. 9:

выделенный столбец 2) в расчетную таблицу в столбец «σa, МПа/с» (см. рис. 10: выделенныйстолбец2).

Примечание: в программе скорость изменения механического напряжения σ обозначена как σa.

5.Перевести значения σ, МПа и σa, МПа/с в σ, ГПа и σa, ГПа/с соответственно. Отсортироватьσ, ГПаиσa, ГПа/сповозрастанию.

6.Вычислить значения ln(σ) и ln(σa).

7.Пронумеровать отсортированные значения σ и σa (заполнить столбец k рис. 10, начиная с k = 1).

84

8. Найти вероятность (в программе обозначено как F) разрушения волокна для каждого σk (начиная с k = 2) по формуле

F(σk ) = k − 1,5 , где n – общее количество измерений. В данной n − 1

лабораторной работе n = 15 для всех скоростей.

					1
	9. Для каждого k (кроме k = 1) вычислить Yk = ln ln
			1		− F
					k

иX k = ln σk .

10.Построить график Y = Y(X) (пример графика изображен

на рис. 11) и найти тангенс угла наклона полученной прямой md

(для нахождения следует воспользоваться методом наименьших квадратов). Это и будет параметр Вейбулла.

Рис. 11. Пример графика Y = Y ( X ) для скорости 10 мкм/с

11. Определить среднее значение предела прочности и его среднеквадратическое отклонение для данной скорости по формулам:

		n
	σср =	σi	,	(4)
		i=2
		n − 1
				85

n (σi − σср )2

Δσ = tα ,n−1 (n − 1)(n − 2) ,		(5)
	i= 2

где tα,n–1 – коэффициент Стьюдента.

12. Определить медианное напряжение σ(0,5) по формуле

		n	n
	0,3665	Yi − md Xi
σ(0,5) = σ0e−		i=2	i=2
	md , где σ0 = e		(n −1) md	.

13. Повторить предыдущие пункты для оставшихся трех скоростей. Свестиданныепоmd иσ дляразныхскоростейвтабл. 1.

Таблица 1 Пример сводной таблицы для четырех скоростей нагружения

Скорость	Параметр	Предел
нагружения, мкм/с	Вейбулла md	прочности, ГПа
10	27,8	4,91±0,14
85	41,9	4,80±0,09
630	30,0	4,99±0,12
3000	42,2	5,21±0,10

14. Определить параметр динамической усталости (динами-

ческий параметр устойчивости к коррозии под напряжением). Для этого построить график зависимости разрывной прочности от скорости изменения механического напряжения образца в координатах ln(σ) от ln(σa) для всех значений предела прочности и скорости изменениянапряжения. Примерграфикаприведеннарис. 12.

15. Рассчитать параметр динамической усталости nd по формуле (13) из лабораторной работы № 5, учитывая, что α мал:

nd = α1 − 1 > 18,

где α – угол наклона линии тренда α > 0,0017.

86

Рис. 12. Пример графика для определения параметра динамической усталости nd

Обработка результатов измерений

Рассчитаем параметр динамической усталости при исследовании ВС методом двухточечного изгиба.

В результате измерений были получены значения предела прочности σ, МПа и значение скорости изменения напряжения σa, МПа/с для четырех скоростей нагружения.

Для анализа полученных данных:

1. Построить график Вейбулла. Чтобы построить график Вейбулла (распределение прочности от разрушающего напряже-

		1		от ln(σ)), необходимо выпол-
ния в координатах ln ln
		1− F

нить следующие действия:

1.1.Полученные значения предела прочности и скорости изменения напряжения отсортировать в порядке возрастания.

1.2.Рассчитать значения Xk = ln(σk).

1.3. Рассчитать вероятность разрушения волокна F(σk) = = (k – 1,5)/(n–1), где k – номер измерения; n – общее количество измерений.

87

1.4. Рассчитать величину Y = ln	ln		1	.
k
			1− F

	1.5. Построить график Вейбулла в координатах			1
		ln ln
				1− F

отln(σ).

На рис. 13–16 представлены примеры графиков распределения прочности, измеренной методом двухточечного изгиба, для четырех скоростей нагружения образца.

Рис. 13. Распределение Вейбулла для скорости нагружения образца 10 мкм/с

Рис. 14. Распределение Вейбулла для скорости нагружения образца 85 мкм/с

88

Рис. 15. Распределение Вейбулла для скорости нагружения образца 630 мкм/с

Рис. 16. Распределение Вейбулла для скорости нагружения образца 3000 мкм/с

2. Для каждой скорости нагружения определим параметр Вейбулла m, который характеризуется наклоном прямой. Чем больше значение параметра m, тем круче наклон прямой и ограниченнее разброспрочности. Втабл. 2 приведенызначенияпараметраm.

2.1. Для каждой выборки определим среднее значение предела прочности:

		n
	σср =	σi	,	(6)
		i=1
		n
				89

	Таблица 2
Значения параметра Вейбулла
Скорость нагружения, мкм/с	Параметр Вейбулла m
10	27,8
85	41,9
630	30,0
3000	42,2

Рассчитаем среднеквадратическую погрешность по следующей формуле

n (σi − σср )2

Δσ = tα ,n	i=1	,	(5)

n(n − 1)

где tα,n – коэффициент Стьюдента.

2.2. В табл. 3 приведены примеры значений предела прочности и среднеквадратической погрешности для каждой скорости нагружения.

	Таблица 3
Предел прочности
Скорость нагружения, мкм/с	Предел прочности, (σ + Δσ) ГПа
10	4,91±0,14
85	4,80±0,09
630	4,99±0,12
3000	5,21±0,10

3. Определим параметр динамической усталости (динамический параметр устойчивости к коррозии под напряжением).

3.1. Построить график зависимости разрывной прочности от скорости нагружения образца в координатах ln(σ) от ln(σa) для всех значений предела прочности и скорости изменения напряжения (рис. 17).

90