350 rub
Journal Nonlinear World №4 for 2009 г.
Article in number:
The Thermodynamic Model of Silica Glass and Optical Fibres Failuret
Keywords: thermodynamic model microcracks optical fibres dynamic lifetime
Authors:
Dyachenkо А.А., Shushpanov О.Е.
Abstract:
The new thermodynamic model of silica fibres failure is developed. The model is based on the exponential dependence of microcracks speed growth on tension loads. The equations for lifetime and dynamic strength of optical fibres giving the possibility for research of failure process under different temperatures, humidity and acidity of external medium are given. Phenomena of the surface microcracks healing by coating materials, the influence of process of glass dissolving in water as well as the degradation process of elasticity modulus of the healing materials on the optical fibres lifetime and their dynamic strength are taken into consideration. The calculated data of lifetime and dynamic strength of optical fibres are well agreed with the experimental data, received in a wide interval of tension load value and external space conditions
Pages: 239
References
  1. Charles R.J. Static fatigue of glass. I // J. Applied Physics. 1958. V. 29. No. 11. P. 1549 - 1560.
  2. Charles R.J. Dynamic fatigue of glass // J. Appl. Phys., 1958. V. 29. No. 12. P. 1657 - 1662.
  3. Evans A.G. Slow Crack Growth in Brittle Materials Under Dynamic Loading Conditions // Inter. J. of Fracture. 1974. V. 10. No. 2. P. 251 - 259.
  4. Charles R.J., Hillig W.B. The kinetics of glass failure by stress corrosion, Proc. Symposium sur la resistance mechanique du verre at le moyens d l-ameliorer, Union Science Continentale du Verre, Charleroi. Belgium. 1962. P. 1 - 17.
  5. Wiederhorn S.M., Bolz L.H. Stress corrosion and static fatigue of glass // J. Amer. Ceram. Soc. 1970. V. 53. No. 10. P. 543 - 548.
  6. Wiederhorn S.M., Freiman S.W., Fuller E.R., Simmons C.J. Effects of water and other dielectrics on crack grows // J. Mater. Science. 1982. V. 17. P. 3460 - 3478.
  7. Shiue Y.S., Matthewson M.J. Apparent activation energy of fused silica optical fibers in static fatigue in aqueous environments // J. of the European Ceramic Society. 2002. V. 22. P. 2325 - 2332.
  8. ShiueY.S., Matthewson M.J. Activation energy and entropy of dynamic fatigue of pristine silica optical fiber. Proc. SPIE. V. 3848. P. 95 - 101.
  9. El-Shazly Y.M.S. and Kukureka S.N. Effect of loading mode on the measurement of fatigue parameters in optical fibres. - Reliability of optical fiber components, devices, systems and networks III. Proc, SPIE. V. 6193.
  10. Дяченко А.А.. Шушпанов О.Е.. Соколов А.В. Гидролитическая модель разрушения кварцевого стекла и световодов // Радиотехника. 2006. №5. С. 37 - 49.
  11. El-Shazly Y.M.S. and Kukureka S.N. The mechanical reliabilityof optical fibre for long-term applications. - Reliability of optical fiber components, devices, systems and networks III, Proc. SPIE. V. 6193.
  12. Matthewson M.J. Models for fiber reliability // Proc. SPIE. V. 1973. P. 128 - 137.
  13. Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т. 2. - М.: Наука. 1973. 584 с.
  14.  Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений. В 2-х томах / под ред. Ю. Мураками; пер. с англ. под ред. Р.В. Гольдштейна и Н.А. Махутова. М.: Мир. 1990.
  15. Берштейн В.А. Механо-гидролитические процессы и прочность твердых тел. Л.: Наука. 1987. С. 50 - 57.
  16. Журков С.Н. Дилатонный механизм прочности твердых тел // Физика прочности и пластичности. Л.: Наука. 1986.
  17. Регель В.Р., Слуцкер А.И. и Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. М.: Наука. 1974.
  18. Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур / пер. с англ. под ред. Е.П. Агеева. М.: Мир. 2002.
  19. Бродский А.И. Физическая химия. Ч. II. М.: Госхимиздат. 1948.
  20. Краткий справочник физико-химических величин / под ред. К.П. Мищенко и А.А. Равделя. Л.: Химия. 1974. 200 с.
  21. Глесстон С., Лейдлер К., Эйринг Г. Теория абсолютных скоростей реакций. М.: Гос. изд-во иностр. лит. 1948.
  22. Hibino J., Sakaguchi S., Tajima Y. Crack growth in silica glass under dynamic loading // J. Am. Ceram. Soc. 1984. V. 67. No. 1. P. 64 - 68.
  23. Wiederhorn S.M. Subcritical crack growth in ceramics, Fracture mechanics of ceramics. New York. V. 4. 1978. P. 549 - 580.
  24. Wiederhorn S.M. Mechanisms of subcritical crack growth in glass // Fracture mechanism of ceramics. New York. 1974. P. 613 - 643.
  25. Freiman S.W. Environmentally enhanced crack growth in glasses, Strength of inorganic glass, ed. by C. Kurkjian // Plenum Press. New York and London. P. 197 - 216.
  26. Michalske T.A., Freiman S.W. Molecular mechanism for stress corrosion in vitreous silica // J. Am. Ceram. Soc. 1983. V. 66. No. 4. P.284 - 288.
  27. Wiederhorn S.M., Johnson H.. Effect of electrolyte pH on crack propagation in glass. // J. Amer. Ceram. Soc. 1973. V. 56. № 4. P.192 - 197.
  28. Дяченко А.А., Шушпанов О.Е., Соколов А.В., Прокофьева Л.П., Щербаков В.В. «Залечивание» поверхностных микротрещин вытягиваемых световодов материалом первичного покрытия // Труды LIХ научной сессии, посвященной Дню радио (май 2004 г.). Т. 2. С. 22-24. Москва, 2004.
  29. Дяченко А.А., Шушпанов О.Е., Прокофьева Л.П., Щербаков В.В. Влияние релаксационных свойств материалов первичных покрытий на прочность и долговечность световодов //Радиотехника. 2004. №12. С. 68 - 72.
  30. Hiroyuki Ishi, Satoshi Kamo, Hirofumi Uchida, Tetsuo Katsuta, Takahiko Kurosawa. The effect of glass adhesiveness of primary coatings against the fiber fatigue. Proceedings of the 56th International Wire and Cable Symposium. 2006. P. 102 - 105.
  31. Skutnik B.J., Munsey B.D., Brucker C.T. Coating adhesion effects of fiber strength and fatigue properties // Mat. Res. Symp. Proc. Materials Research Society. 1987. V. 33, P. 27 - 34.
  32. Устинов Л.М., Виноградов Л.В., Жамнова В.И. Влияние хрупких прослоек на прочность композиционных материалов с пластичной матрицей // Композиционные материалы / под ред. А.И. Манохиной. М.: Наука. 1981. С. 258 - 262.
  33. Weibull W. - A statistical distribution function of wide applicability // J. Appl. Mech. 1951. V. 18. No. 9. P. 293 - 297.
  34. Байкова Л.Г., Песина Е.И., Пух В.П., Давидович Н.М., Радеева Е.Н. Снижение прочности оптических кварцевых волокон при удалении полимерного покрытия // Физика и химия стекла. 1992. Т. 18. № 2. С. 89 - 95. 
  35. Милн-Томсон Л.М. Теоретическая гидродинамика. М.: Мир. 1964.
  36. Дяченко А.А., Шушпанов О.Е., Прокофьева Л.П., Щербаков В.В. Устройство для изготовления оптического волокна / Патент РФ на полезную модель № 36901, приоритет от 31 июля 2003 г.
  37. Simpkins P., Kurkjian C.R. and Schroeder C.M. Aluminium-coated silica fibers: strength and solderability // Electron. Letters. 1995. V. 31. No. 9. P. 747 - 749.
  38. Bogatyrev V.A. and Semjonov S. Metal-Coated Fibers. Chapter 15 in Specialty Optical Fibres Handbook / edited by A. Mendez and T.F.Morse. Academic Press: Elsiver. 2007. P. 491 - 512.
  39. Физические величины / Справочник под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомидат. 1991.
  40. Бухтиарова Т.В., Дяченко А.А., Иноземцев В.П., Соколов А.В.. Прочность и долговечность волоконно-оптических световодов / Итоги науки и техники. Связь. Т. 8. Оптическая связь. М.: ВИНИТИ. 1991. С. 110 - 169.
  41. Kranz K.S., Lemaire P.J., Huff R.G., DiMarcello F.V., Walker K.L. Hermetically coated optical fibers: hydrogen permeation and fatigue properties. SPIE. 1988. V. 992. Fiber Optics reliability: benignand adverse environments. P. 218 - 222.
  42. Semjonov S.L. and Glaeseman S. High-speed tensile testing of optical fibers - new understanding for reliability prediction. Chapter 18 In Micro- and Opto-Electronic Materials and Structures: Physics, Mechanics, Design, Reliability, Packaging. V. 1. Materials Physics edited by E. Suhir. Y.C. Lee and C.P. Wong. Berlin Springer. 2007.
  43. Cuellar E., Kennedy M.T., Roberts D.R. Accelerated static fatigue behaviour of optical glass fibers. SPIE. 1993. V. 1973. P. 138 - 148.
  44. Айлер Р. Химия кремнезема. Ч. I и II. М.: Мир. 1982. 
  45. Matthewson M.J., Kurkjian C.R. Environmental effects on the static fatigue of silica optical fiber // J. of the American Ceramic Society. 1988.V. 71. No. 3. P. 177 - 183.
  46. Cuellar E, Kennedy M, Roberts D.R., Ritter J.E. Jr. Zero stress aging and the static fatigue transition in optical glass fibers. SPIE. 1992. V. 1791. P. 32 - 40.
  47. Бартенев Г.М. Прочность и механизм разрушения полимеров. М.: Химия. 1984.
  48. Семенов С.Л. Прочность и долговечность волоконных световодов на основе кварцевого стекла. - Дисс. - докт. физ.-мат. наук (Научный центр волоконной оптики РАН. Москва, 2007).
  49. Sakaguchi Shigeki and Kimura Takao. Influence of temperature and humidity on dynamic fatigue of optical fibers // J. of the American Ceramic Society. V. 64. No. 5. P. 259 - 262.
  50. Тугов И.И., Кострыкина Г.И. Химия и физика полимеров. М.: Химия. 1989.
  51. Glaeseman G.S., Clark D.A., Hanson T.A., Wissuchek D.J. High speed strength testing of optical fiber.