Теория конструирования оптических кабелей для эксплуатации при многофакторных воздействиях

• Автор: Геча, Эдуард Яковлевич
• Шифр специальности: 05.09.02, 01.02.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 320 с. : ил. + Прил. (178 с.: ил.)

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .
1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАГРУЗОК И

ВОДЫ ПАРОВ ВОДЫ.

1.1. Проблема механического расчета кабелей и канатов

1.1.1. Обзор основных результатов

1.1.2. Методы расчета кабелей и канатов

1.2. Проблема водопоглощения оптических кабелей

1.2.1. Общие вопросы герметизации кабелей

1.2.2. Расчет диффузии воды в кабельных конструкциях.

1.2.3. Диффузионные характеристики полимерных материалов.

1.3. Выводы. Постановка задачи.
2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАСЧЕТА КОНСТРУКЦИЙ ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ НАГРУЗОК.
2.1. Постановка и метод решения задачи.
2.2. Учет физических свойств конструктивных элементов кабеля
2.3. Напряженнодеформированное состояние слоя спиральных
элементов, расположенных вокруг упругого сердечника, при действии растягивающего усилия, внешнего давления и крутящего момента
2.4. Собственные спиральные жесткости элементов кабеля.
2.4.1. Собственная линейная спиральная жесткость.
2.4.2. Собственная угловая спиральная жесткость
2.5. Внутренние силовые факторы, деформации и перемещения в
произвольной конструкции кабеля при действии растягивающего усилия, внешнего давления и крутящего момента
2.5.1. Расчет линейных деформаций и перемещений, усилий в спиральных элементах и давления, оказываемого ими на сердечник
2.5.2. Расчет угла поворота закручивания кабеля вокруг его продольной оси и крутящего момента, возникающего при растяжении кабеля с закрепленными от вращения
концами.
2.5.3. Расчетноэкспериментальное исследование конструкции оптического кабеля с двумя слоями спиральных элементов
2.6. Основные результаты и выводы.
3. РАДИАЛЬНАЯ ЖЕСТКОСТЬ КАБЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
3.1. Радиальная жесткость многослойных цилиндрических
конструкций
3.2. Радиальная жесткость слоя спиральных элементов,
расположенных на упругом сердечнике.
3.3. Основные результаты и выводы
4. РАДИАЛЬНАЯ ДИФФУЗИЯ В ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЯХ
4.1. Водопоглощение твердых диэлектрико в
4.2. Диффузия в однородном цилиндре
4.3. Постановка задачи о диффузии в многослойном цилиндре
4.4. Диффузия в двухслойном цилиндре.
4.4.1. Постановка и решение задачи для проницаемого сердечника
4.4.2. Постановка и решение задачи для непроницаемого сердечника
4.4.3. Критериальный анализ.
4.5. Эквивалентные цилиндры
4.5.1. Представление двухслойного цилиндра эквивалентным
однородным
4.5.2. редставление двухслойного кольцевого слоя
эквивалентным однородным
4.5.3. Представление некоаксиальных цилиндрических
элементов эквивалентными однородными
4.6. Диффузия в многослойном цилиндре
4.6.1. Определение концентрации влаги.
4.6.2. Определение количества поглощенной воды.
4.7. Диффузия в полых цилиндрических конструкциях
4.8. Анализ диффузионных характеристик полимерных материалов
по кривым поглощения.
4.8.1. Постановка задачи.
4.8.2. Основные соотношения
4.8.3. Анализ экспериментальных кривых поглощения
4.9. Основные результаты и выводы
5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ,
ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЗНАЧИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ НАГРУЗОК И ВОДЫ ПАРОВ ВОДЫ.
5.1. Критерии эффективности конструкций
5.1.1. Критерии эффективности с точки зрения стойкости к
воздействию механических нагрузок.
5.1.1.1. Общие критерии.
5.1.1.2. Частные критерии.
5.1.2. Критерии эффективности с точки зрения стойкости к
воздействию воды
5.2. Опенка эффективности кабельных конструкций с точки зрения
стойкости к воздействию воды.
5.2.1. Конструкции с воздушной полостью.
Негерметизированные оптические модули
5.2.1.1. Однослойная трубка
5.2.1.2. Двухслойная трубка
5.2.2. Сплошные цилиндрические конструкции
5.2.2.1. Цилиндры с проницаемым сердечником.
Г ерметизированные оптические модули
5.2.2.2. Цилиндры с непроницаемым сердечником. Оптическое волокно. Изолированная токопроводящая жила
5.2.3. Способы защиты оптических кабелей и их
конструктивных элементов от воздействия воды паров воды
5.2.3.1. Уменьшение концентрации влаги паров воды в конструкции
5.2.3.2. Увеличение времени насыщения конструкции влагой. Обратная задача диффузии.
5.2.3.3. Экспериментальное исследование водопоглощения конструктивных элементов ОК.
5.2.4. Плавучесть кабельных конструкций при действии
гидростатического давления.
5.3. Продольная герметизация оптических кабелей
5.3.1. Необходимость продольной герметизации ОК.
5.3.2. Собственные герметизирующие свойства конструкций
5.3.3. Распространение воды в конструкциях, содержащих
водопоглощающий материал.
5.4. Основные результаты и выводы
Заключение.
Литература


Разработка теоретических основ и математической модели для расчета оптических кабелей произвольной конструкции на воздействие растягивающего усилия, внешнего гидростатического давления и крутящего момента. Разработка соответствующей инженерной методики. Разработка метода, математической модели и инженерной методики расчета распределения концентрации и количества поглощенной влаги при ее нестационарной диффузии в оптическом кабеле произвольной конструкции. Проведение экспериментальных исследований и анализ механических и диффузионных свойств конструктивных элементов кабелей, разработка соответствующих методик и экспериментальных средств. Анализ необходимости и способов продольной герметизации ОК, разработка методики оценки продольной герметичности кабелей при использовании гидрофильных материалов. Разработка методик оценки эффективности конструкций оптических кабелей с точки зрения стойкости к воздействию механических нагрузок и воды паров воды. Пусть кабель представляет собой сердечник произвольной конструкции, вокруг которого расположены спиральные элементы. Кабель расположен вертикально, его верхний конец жестко закреплен, к нижнему приложен крутящий момент Мх рис. Момент Мх зависит от граничных условий на нижнем конце кабеля. Если он может вращаться, то момент Мх равен внешнему приложенному моменту, возникающему, например, вследствие взаимодействия с жидкостью движущегося груза, прикрепленного к кабелю. В большинстве случаев к не закрепленному от вращения кабелю внешний крутящий момент не приложен Мх 0. Если нижний конец кабеля закреплен от вращения, то под моментом Мх следует понимать реактивный момент. Вдоль прямолинейной оси кабеля действуют распределенная весовая нагрузка т т масса единицы длины спирального элемента, т Им и внешняя растягивающая нагрузка Т, приложенная в нижнем сечении кабеля. По нормали к боковой поверхности действует давление р, обусловленное, в частности, полным или частичным погружением кабеля в жидкость. В первом случае рис. Ь действует внешнее гидростатическое давление, линейно возрастающее от 0 до раЬ1о где а перепад давления на единицу длины кабеля во втором случае рис. РоаЬ. Другие возможные компоненты внешней нагрузки на рисунке не показаны. Требуется определить значения внутренних силовых факторов, а также деформации и перемещения элементов конструкции. Пусть кабель представляет собой сердечник произвольной конструкции, вокруг которого расположены спиральные элементы. Кабель расположен вертикально, его верхний конец жестко закреплен, к нижнему приложен крутящий момент Мх рис. Момент Мх зависит от граничных условий на нижнем конце кабеля. Если он может вращаться, то момент Мх равен внешнему приложенному моменту, возникающему, например, вследствие взаимодействия с жидкостью движущегося груза, прикрепленного к кабелю. В большинстве случаев к не закрепленному от вращения кабелю внешний кру тящий момент не приложен Мх 0. Если нижний конец кабеля закреплен от вращения, то под моментом М х следует понимать реактивный момент. Вдоль прямолинейной оси кабеля действуют распределенная весовая нагрузка т масса единицы длины спирального элемента, Нм и внешняя растягивающая нагрузка Т, приложенная в нижнем сечении кабеля. Но нормали к боковой поверхности действует давление , обусловленное, в частности, полным или частичным погружением кабеля в жидкость. В первом случае рис. Ь действует внешнее гидростатическое давление, линейно возрастающее от 0 до рс10, где а перепад давления на единицу длины кабеля во втором случае рис. РоаЬ. Другие возможные компоненты внешней нагрузки на рисунке не показаны. Требуется определить значения внутренних силовых факторов, а также деформации и перемещения элементов конструкции. Рис. Расчетная схема нагружения кабеля. Для решения этой задачи будем использовать применительно к спиральным элементам метод, основанный на интегрировании уравнений равновесия гибких криволинейных растяжимых стержней , . Будем использовать неподвижную декартову систему координат, определяемую базисом у, и две связанные системы координат, в которых определены базисы с.