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2 海光纜的力學(xué)性能和試驗(yàn)方法

21 海光纜的力學(xué)性能和應(yīng)力應(yīng)變特性
海光纜的力學(xué)性能可以用纜的應(yīng)力應(yīng)變特性來描述。
光纜本體的應(yīng)變量、光纖的應(yīng)變量和光纖的附加衰減量隨著纜拉伸負(fù)荷量的變化稱為該纜的應(yīng)力應(yīng)變性能。這些性能參數(shù)是互為相關(guān)的，它們之間的比值可以大致描述和判斷纜的基本特性，如圖1所示。

圖1 典型的海底光纜應(yīng)力應(yīng)變示意圖

纜的應(yīng)力應(yīng)變性能是纜的設(shè)計(jì)水平、工藝水平、可施工性能、可維護(hù)性能的綜合反應(yīng)。
根據(jù)相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)（ITU-T G972-2004），纜的各力學(xué)參數(shù)定義有：
（1）纜斷裂負(fù)荷 (CBL, cable breaking load)
    固定纜兩頭考慮到纜材料和尺寸容差后纜的最小保證斷裂強(qiáng)度。
（2）光纖斷裂負(fù)荷 (FBL,fibre-breaking cable load)
    固定纜兩頭施加縱向張力使光纖瞬間斷裂的負(fù)荷。
（3）標(biāo)稱永久抗張強(qiáng)度 (NPTS, Nominal Permanent Tensile Strength)
    指不明顯降低系統(tǒng)性能、壽命和可靠性的纜的最大持久張力。NPTS表示海纜敷設(shè)到海底后可以持久施加的最大殘余張力。
（4）標(biāo)稱工作抗張抗度 (NOTS , Nominal Operating Tensile Strength)
    在海洋作業(yè)所需時間內(nèi)（典型地為48小時）不明顯降低系統(tǒng)性能、壽命和可靠性的纜可以施加的最大平均工作張力。NOTS表示纜敷設(shè)或修理時的最大平均工作張力。
NOTS在有些地方又被稱為纜工作負(fù)荷(operational cable load)
（5）標(biāo)稱瞬時抗張強(qiáng)度 (NTTS, Nominal Transient Tensile Strength )
    在一次海洋回收作業(yè)所需累積約1小時時間內(nèi)不明顯降低系統(tǒng)性能、壽命和可靠性的纜可以施加的最大短期張力。NTTS表示纜可以施加的最大瞬時或最大意外張力，從力學(xué)安全觀點(diǎn)看來，它通常限于CBL的某個百分?jǐn)?shù)。
    NTTS在有些地方又被稱為纜瞬時負(fù)荷(transitory cable load)。

22 海光纜力學(xué)性能的試驗(yàn)方法
國軍標(biāo)和國標(biāo)建議的試驗(yàn)方法和裝置的要求是一致的，如圖2所示，圖3則是按圖2要求的試驗(yàn)系統(tǒng)原理和接線示意圖。

圖2 GJB/GB建議的拉伸負(fù)荷試驗(yàn)裝置

圖3 試驗(yàn)系統(tǒng)原理和接線示意圖

（1）對纜內(nèi)光纖的附加衰減（變化）要求
    國際和國軍際要求：海底光纜進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)時，光纖的附加衰減不應(yīng)大于005dB（斷裂拉伸負(fù)荷除外），試驗(yàn)后光纖不應(yīng)有附加衰減（測量值的絕對值不大于003dB時，判為無附加衰減）。附加衰減測量按照GBT15972 ，4-C10A傳輸功率監(jiān)測法進(jìn)行。
（2）對纜內(nèi)光纖的伸長量（應(yīng)變）要求
    國際和國軍際要求：海底光纜進(jìn)行工作拉伸負(fù)荷試驗(yàn)時，光纖不應(yīng)有伸長量（測量值的絕對值不在于0005%時，判為無伸長量）。在進(jìn)行短暫負(fù)荷試驗(yàn)時，光纖的伸長量不應(yīng)大于015%。
（3）試驗(yàn)實(shí)例 
    按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，把試驗(yàn)段光纜內(nèi)的光纖作了環(huán)接（即只出兩端而將其他所有光纖頭尾串聯(lián)），其結(jié)果如圖4所示；而如果測量纜內(nèi)每一根光纖，同一段試驗(yàn)纜的結(jié)果見圖5。

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圖4 環(huán)接光纖的應(yīng)力應(yīng)變特勝          圖5單根光纖的應(yīng)力應(yīng)變特性差異

    圖4顯示出試驗(yàn)結(jié)果非常優(yōu)良，而圖5則顯示有一根光纖明顯超過了004 dB，進(jìn)一步的分析表明：這是由于光單元內(nèi)光纖余長的不一致所引起。
    很顯然：由于纜內(nèi)光纖余長有離散性，每根光纖的應(yīng)變性能并不相同、符號有可能相反。而如果把所有光纖串接，其最終結(jié)果將是“偏好”的。如果光單元內(nèi)光纖余長一致性較好，才可以獲得如圖6所示的真正優(yōu)良的應(yīng)力應(yīng)變特性。
    因此，本試驗(yàn)應(yīng)盡量考核單根光纖并關(guān)注光單元內(nèi)光纖余長的離散即余長的一致性。

圖6 余長一致的應(yīng)力應(yīng)變特性