Prognostication of fatigue life of optical fibers.

• Autorzy: Banaszek Jan

Warianty tytułu

PL

Prognozowanie trwałości włókien światłowodowych.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The analysis of strength examination tests on optical fibres is presented in this paper. The fibres, made of silica glass with two-layer coating, were subjected to a dynamic loading. Three different deformation rates were applied in the tests. In explicating the results, and in the analysis of crack growth, the author employed Charles-Hillig model of stress corrosion, to which the laws of crack mechanics were applied. The functions of fibre strength versus stress increase rate, measured in ambient air and in aqueous NaCl solution, were utilised to determine the parameters of crack growth. It was found that the increase of environment humidity led to acceleration of crack development. The prameters of crack growth were consequently used for predicting the fibre fatigue life. The predicted time-to-failure value of the fibre is consistent with that found as a result of tests under static load.

PL

W artykule przedstawiono opracowanie i analizę wyników badań wytrzymałości włókien światłowodowych ze szkła kwarcowego z powłoką dwuwarstwową, poddanych obciążeniu rosnącemu ze stałą prędkością dla trzech prędkości odkształcenia. W opracowaniu wyników oraz analizie rozwoju pęknięcia posłużono się modelem korozji naprężeniowej Charlesa i Hillinga, do którego zastosowanio prawa mechaniki pękania. Zależność wytrzymałości śwaitłowodu od prędkości zmian naprężenia w środowisku otaczającego powietrza i roztworu wodnego NaCl wykorzystano do określenia parametrów rozwoju pęknięcia. Zwiększenie wilgotności środowiska prowadzi do przyspieszenia rozwoju wady. Parametry wzrostu pęknięcia wykorzystano do prognozowania trwałości światłowodu. Przewidywana trwałość włókna światłowodowego jest zbieżna z wynikami prób pod obciążeniem stałym.

Słowa kluczowe

EN

optical fibres; crack mechanics; stress corrosion; fatigue failure

PL

włókno światłowodowe; mechanika pękania; korozja naprężeniowa; pęknięcie zmęczeniowe; wada zmęczeniowa; badania wytrzymałości

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 1998
• Tom: vol. XLV, nr 4
• Strony: 257--274

Twórcy

autor

Banaszek Jan

• Lublin University of Technology, Poland, Chair of Machine Construction Fundamentals [Politechnika Lubelska]

Bibliografia

• [1] Charles R.J.: Static fatigue of glass, I and II. J. Appl. Phys, 29, 1549, and 1554, 1958.
• [2] Charles R.J.: Dynamic fatigue of glass. J. Appl. Phys., 29, 1657, 1958.
• [3] Charles R.J., Hillig W.B.: The kinetics of glass failure by stress corrosion. In Symposium of the Mechanical Strength of Glass and Ways of Improving It, 511, Union Scientifique Continentale du Vere, 1961.
• [4] Charles R.J.: Comment on stress corrosion of a low temperature solder glass by R.R. Tummula, J. Non-Cryst. Solids, 19, 273, 1975.
• [5] Cox S.M.: Glass strength and low mobility, Phys. Chem. Glasses, 10, 226, 1969.
• [6] Creager M., Paris P.C.: Elastic field equations for blunt cracks with reference to stress corrosion cracking. Int. J. Fract. Mech., 3, 247, 1967.
• [7] Davidge R.W., Mc Laren J.R., Tappin G.: Strength – probability - time (SPT) relationship in ceramics. J. Mater. Sci, 8, 1699, 1973.
• [8] Evans A.G., Wiederhorn S.M.: Proof testing of ceramic materials - an analytical basis for failure prediction. Int. J. Fract., 10, 379, 1974.
• [9] Evans A.G.: Slow crack growth in brittle materials under dynamic loading conditions. Int. J. Fract., 10, 251, 1974.
• [10] Hibino Y., Sakaguchi S., Tajima Y.: Crack growth in silica glass under dynamic loading. J. Am. Ceram. Soc., 67, 64, 1984.
• [11] Hillig W.B., Charles R.J.: Surfaces, stress - dependent surface reactions, and strength. In High Strength Materials (V.F. Zackay, ed.), 682, New York, 1965.
• [12] Kalish D., Tariyal B.K.: Static and dynamic fatigue of fused silica optical fiber. 79th Annu. Am. Ceram. Soc., Paper45 - G - 77, 1977.
• [13] Kalish D., Tariyal B.K.: Static and dynamic fatigue of a polymer - coated fused silica optical fiber, J. Am. Ceram. Soc., 61, 518, 1978.
• [14] Krause J.T., Kurkjian C.R.: Dynamic and static fatigue of high strength epoxy - acrylate coated fused silica fibers. Top. Meet. Opt. Fiber Transm., 2nd , 1977 Paper Tu A3.
• [15] Minear W.P., Bradt R.C.: (K-V) Diagrams for ceramic materials, J. Am. Ceram. Soc., 58, 345, 1975.
• [16] Pinnow D.A., Robertson G.D., Wysocki J.A.: Reduction of static fatigue of silica fibers by hermetic jacketing, Appl. Phys. Lett., 34, 17, 1979.
• [17] Ritter J.E., Jr., Sulivan J.M., Jr., Jakus K.: Application of fracture - mechanics theory to fatigue failure of optical glass fibers. J. Appl. Phys. 49, 4779, 1978.
• [18] Ritter J.E., Jr., Jakus K., Babinski R.C.: Effect of temperature and humidity on delayed failure of optical glass fibers. Methods for assessing the structural reliability of brittle materials, ASTM STP 884, 131, 1984.
• [19] Sakaguchi S., Hibino Y.: Fatigue in low - strength silica optical fibres. J. Mater. Sci., 19, 3416, 1984.
• [20] Sakaguchi S., Kimura T.: Ibfluence of temperature and humidity on dynamic fatigue of optical fibers. J. Am. Ceram. Soc., 64, 259, 1980.
• [21] Tariyal B.K., Kalish D.: Mechanical behavior of optical fibers. In Fracture Mechanics of Ceramics, (R.C. Bradt, D.P.H. Haselman, F.F. Lange, eds.) Vol. 3, 161, Plenum, New York, 1978.
• [22] Weidmann G.W., Holloway D.G.: Plastic flow - crack propagation and static fatigue in glass. Phys. Chem. Glasse, 15, 68, 1974.
• [23] Wiederhorn S.M.: Fracture surface energy of glass. J. Am. Ceram. Soc. 52, 99, 1969.
• [24] Wiederhorn S.M.: Crack growth as an interpretation of static fatigue. J. Non - Cryst. solids, 19, 169, 1975.
• [25] Wiederhorn S.M., Mechanism of subcritical crack growth in glass. In Fracture Mechanics of Ceramics, (R.C. Bradt, D.P.H. Haselman, F.F. Lange, eds.) Vol. 3, 549, Plenum, New York, 1978.
• [26] Wiederhorn S.M.: Fracture Mechanics of Ceramics, (R.C. Bradt, D.P.H. Haselman, F.F. Lange, eds.) Vol. 2, 613, Plenum Press, New York, 1974.
• [27] Pletka B.J., Wiederhorn S.M.: Subcritical crack growth in glass - ceramics, (R.C. Bradt, D.P.H. Haselman, F.F. Lange, eds.) Vol. 4, 745, Plenum Press, New York, 1974.
• [28] Broek D.: Elementary Engineering Fracture Mechanics. Sijthoff and Noordhoff, 1978.
• [29] Griffith A.A.: The phenomena of rupture and flow in solids. Philos. Trans. Roy. Sos. London, Ser. A. 22I, 163, 1920.
• [30] Inglis C.E.: Stresses in a plate due to the presence of cracks and sharp corners. Proc. Inst. Naval Architects, 1913.
• [31] Szabelski K., Banaszek J.: The research into the fibers strength with regard to the construction and technological factors. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2, 31, 307, 1993.
• [32] Szabelski K., Malicki A., Banaszek J.: Badanie własności mechanicznych światłowodów. (Examination of mechanical properties of optical fibres; in Polish). Wydawnictwa Uczelniane Politechniki Lubelskiej, Lublin 1993.
• [33] Szabelski K., Banaszek J., Jaśkiewicz W., Malicki A.: Badania wlasności mechanicznych światłowodów. (Examination of mechanical properties of optical fibres – Technical Report of the Research Project RR I 02; in Polish). Sprawozdanie z pracy zleconej wykonanej w ramach programu resortowego RR I 02, część I i II, Politechnika Lubelska 1987.
• [34] Szabelski K., Malicki A., Neimitz A., Warmiński J.: Badania wlasności mechanicznych światłowodów. (Examination of mechanical properties of optical fibres – Technical Report of the Research Project RR I 02; in Polish). Sprawozdanie z pracy zleconej wykonanej w ramach programu resortowego RR I 02, Politechnika Lubelska 1989.
• [35] Banaszek J.: Time - dependent strength of optical fibers, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 1, 35, 71, 1997.
• [36] Banaszek J.: Obciążenie warstw włókna o skokowej niejednorodności radialnej. (Loading distribution in fibre layers of step-wise radial inhomogeneity; in Polish), Folia Societatis Scientiarum Lublinensis Technica, 4, 51, 1995.