YD_T 4379-2023 光纤寿命预测模型.docx

ICS33.180.10CeS、133YD中华人民共和国通信行业标准YD/T43792023光纤寿命预测模型Optica1.fiber1.ifetimepredictionmode1.(IECTR62048:2014,Optica1.fibersRe1.iabi1.ityPower1.awtheory,NEQ)2023TI-O1.实施2023-07-28发布中华人民共和国工业和信息化部发布前言II引言Ii1范困12规范性引用文件13术语和定义I4符号I5寿命预测模型36模型参数测试方法46.1 与筛选相关的参数46.2 疲劳参数n46.3 强度分布相关的参数ma56.4 光纤承受外部应力Oa及受力长度1.76.5 失效概率F8附录A（资料性）本文件与IECTR62048:2014相比的结构网整情况9附录B（规范性）寿命偿测模型导出过程10附录C（资料性）光纤与光缆可靠性寿命的关系31参考文献32本文件按照GB门、1.1-20204标准化工作导则第I部分：标准化文件的结构和起草规则2的规定起草.本文件参考IECTR62048:2014寸光纤一可靠性一用定律3起草，一致性程序为非等效，文件类型由IEC技术报告调整为我国的通信行业标准.本文件与IECTR62048:234相比在结构上做了比较多的调整，附录A中列出了本文件与IECTK62048:2OM的章条编号对照表。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任.本文件由中国标准通信化协会提出并打11.本文件起草单位：长飞光纤光缆股份有限公司、中国信息通信研究院、中国联合网络通信弊团有限公司、中国信息通信科技集团有限公司、北京邮电大学、成都泰瑞通信设备检测有限公司、中国电子科技集团公司第七研究所凯尔实哈空、江苏乐鼎股份有限公司、汕头高新区奥星光通信设备有限公司、四川乐飞光电科技有限公司、江苏南方通信科技有限公司、江苏中天科技股份有限公司、南京华信藤仓光通信有限公司、杭州富通通信技术股份有限公司.本文件主要起草人：张立岩、李嫡、段建彬、刘泰、沈世奎、刘聘、李春生、薛梦驰、李琳莹、范伟鹏、陈晓红、陈列、周宇、华金婷、四珅瑞、王小泉、史坤盛。本文件给出了基于笨定律的光纤可靠性寿命预测理论模型,以及模型中所需光纤参数的测试方法.并在附录B中给出该模型的理论推导过程。林定律是根据经验推导出来的，但也有其他一些更具物理屈础的定律（例如，指数定律）”所有这些定律一般符合短期实睨数据结果，但会导致不同的长期预测结果.本模型可以正向使用，即通过测出参数计律出光纤理论寿命或失效概率，也可以反向应用，对可接受的f期寿命或故障率计算出允许的最大使用应力或其他参数的极值，寿命预测理论模型是基于一系列假设和经验公式得出的无法准确的预测实际的光纤寿命，一些光纤可能在最保守的预测之前断裂，而另一些光纤可旎比最乐观的预测持续更长时间.寿命模型里面假设光纤参数是固定不变的，实际上光纤参数受环境影响很大.此外，光纤制造后，可能因布践、安装或其他操作而出现疲劳或损坏，这些过程都是无法预知和评估的.基于以上原因，光纤寿命预测模型主要用于光纤光缆结构、材料等设计及制造过程中分析光纤可旅性寿命的影响因素和趋势，通过理论模型计算出的结果不能作为光纤的性能指标要求或质址划定依据。光纤寿命预测模型1范B1.本文件给出r石英光纤基于的定律的机械可律性寿命预测模型及模型参数测试方法。本文件适用于石英光纤产M的机械可第性理论寿命预测和影响因素分析。2 JWe性引用文件下列文件的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注R期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件：不注口期的引用文件，其附新版本（包括所有的修改单）适用于本文件，GB"9771（所有部分）通信用单模光纤GB/T12357（所有部分）通信用多模光纤GB/T15972.30-2021光纤试舱方法规范第30部分机械性能的测量方法和试验程序光纤筛选试验（IEC60793-1-50:2010.MOD>GB/T15972.31-2021光纤试验方法规范第31部分机械性能的测后方法和试胎程序抗张强度（!EC60793-1-31:2019,MOD）GB/T15972.33-2008光纤试验方法规范第33部分机械性能的测量方法和试检程序光纤应力腐蚀敏感性参数（IEC607934-33:2001.MOD）3 #ww½x本文件没有需要界定的术语和定义.4 ff下列符号适用于本文件.a裂奴深度，单位为微米（Um）ar光纤玻璃层半径，单位为微米（Um）A材料比例参数，或动态疲劳威布尔线性拟合时的截距代号B裂奴强度保持参数（简称“B值”）,单位为占帕平方乘以秒（GPa?s）B0慢速卸载，快速卸载边界处的过渡B值，单位为吉帕平方乘以秒（GPa，s）uwoutCCoDEoFK,(OKc1.POmit1.砥nNpN(三)PPPRS()SPSfiniiiS0Ttatrt(DttVVcw1.应力应变非我性中的光纤在两卡行夹板间分开的距离，单位为亳米(mm)零应变项杨氏模量,单位为吉帕(GPa)网光纤失效概率加应力强度因子，单位为吉伯乘以微米开方(Gpam,j)无临界应力强度因子，单位为吉帕乘以微米开方(GPa11>'2)均匀应力下的光纤有效长度或等效拉伸长度，单位为米(km)纲均匀弯曲下的光纤长度，单位为米(km)筛选测试得到的平均存活长险,单位为千米(km)标距长度、参考长度，单位为千米(km)试人惰性威布尔参数(简称“m值”).动态疲劳得到的m值数静态疲劳得到的m值(应力腐蚀敏感性参数(简称“n值”)简箭选测试得到的单位长度平均断点率.单位为千米的倒数(kr')称单位长度匕强度小干S的裂纹数量,单位为千米的倒数(km-')光纤存活概率m筛选后光纤存活概率C光纤弯曲半径，单位为米(m)微裂纹的强度，单位为吉帕(GPa),11筛选后的强度，单位为吉帕(GPa)好选后的鼓低强度，单位为吉帕(Gpi1.)慢喊布尔标距强度，单位为吉帕(Gpa)速时间变量单位为杪加动态疲劳时断裂时间，或筛选过程持续时间，单位为秒(三)效恒定应力条件下的寿命(失效时间)，或者糖态疲劳时间，单位为秒(三)筛选后寿命，单位为秒(三)快睁态疲劳曲线的截距速筛选测试的加教时间，单位为秒(三)加有效筛选时间，单位为秒(三)或筛选测试的卸教时间，单位为秒(三),微裂纹生长速率，单位为微米每秒(HnVS)微裂奴生长临界速率，单位为微米每秒(Mn)处光纤动态疲劳测试断裂应力。五对应的威布尔分布纵坐标光纤动态疲劳特定m侑计免得到的威布尔分布纵型标的过渡值两点弯曲x穹曲长度与抗张长度之间等效换算系数Y微裂纹几何形状参数a筛选卸我卷数与微裂然参数的比率威布尔。值，单位为GPa"'skm（02mE特定应力下的应变;实时失效率.单位为秒的倒数（SJ）a平均失效率，弟位为秒的倒数（Sj）W）光纤微裂受到的应力,单位为吉帕（GPa）ftj实际使用过程中或静态疲劳测试时光纤受到的应力，单位为古帕（GPa）动态破劳测试时施加的应力速率，单位为古帕每秒（GPaZs）Otfr没有羟过筛选的光纤，动态疲劳测试褥到的断裂应力，单位为吉帕（GP;"Im光纤动态域劳测试得到的从小到大排序后的断裂应力，单位为古柏（GPa）Omax光纤动态疲劳测试最大固定应力，或光纤处于弯曲条件下所受G大张应力，单位为占帕（GPa）O（I）动态疲劳曲线的架距Op筛选应力.单位为吉帕（GPa）5寿命预测模型厘定律是基于脆性材料断黑理论的模型，本文件在窑定律基础上推挣出了光纤的寿命预测模型,见公式（D,模蟹中的许多卷数难以精确测里,因此在评估光纤寿命时各参数应采用保守取值。附录B中给出了寿命预测模型的详细推导过程.注1：«!JIJ公式计算磨F机加，需给出假定的失效概率，反之亦然，在其他条件不犯,可以接受的失效概率趣乐计算出的赤翁越长。注2：码寿命计算模型是理论推导,卜渺J进行了侬多修设.如粗设环埴条件不发生妇匕光纤只受单一不变的力等.是一种理想情况下的模型.姻犍ItH戈纤勃砌的W况,此时计算出的光纤翻也都是致卜年甚至更久，因此很雄进行阳獭E但该模3?给出形两命的势是对的，并在短期实险中得到了验证注3：通过模型可知，堰Mi受外部应力越Z受力K度地长，则同样条件卜和到的寿金榭氐,因此应尽腕免光纤在实际使IH过程中受力.附录哈出了光纤和光畿可靠性寿命的关系.公式（D中使用的舂数及其含义和取俏建议见去1,表1寿命模型参数、含义及取值建议窖数含义取仇建议t恒定应力条件下的失效时何，或先静态俄劳时间，即光纤寿命.吨位为gif算结果F光纤失效概率可以接受的故城率水平*为假设的IP有效箭途时Iab单位为$见6.IOP啼选嗟力.的位为GPa0.69GPej1.兄实际徐达应力，见6.1Np蹄选为i得到的单位长度平均厮点率,单位为H见6.1oa实际便用过程中光纤爻到的外春应力,单位为GPa见&41.均匀应力下的光纤有效长度或等效拉伸长度,单位为ku;对于光纤受弯出应力条件，光纤受力长度血状换为拉伸应力的等效K收见&4n应力福性蜕密性代数见6.2.在归期光纤寿命或可靠性时，n应保守取性nd动态疲劳得到的成布尔杂数MA（作本征区域见6.36模型参数测试方法6.1 与筛选相关的参数在寿命模型中，与筛选相关的参数有3个，分别是箍选应力。,有效筛选时间1|和平均前选断点率这三个参数通过筛选测试获得，光纤筛选测试按出E5972碱定进行。筛选测试通常为光纤制备过程中不可缺少的环节.筛选应力。P宜取GRT977I系歹JiGRT12357系列中规定的筛选应力水平0.6Gf¾或者取实际筛选应力水平。有效筛选时间tp的计算,首先依据实际筛选速率、筛选轮直径、筛选轮间距离等，计算整个筛选过程的加激时间t、持续时间ta和卸载!时间tu,然后采用公式计算出布效筛选时间.詈平均筛选断点率是通过/1产过程中进行大量笳选测试得到的结果统计，计算出平均百千米或千千米光纤的断点数，进而计算平均每千米的断点数，此处应取光纤实测值.6.2 疲劳参数n6.2.1 总则疲劳参数n反应了光纤表面微裂纹扩张的速率快慢，n值可以通过静态疲劳测试或者动态疲劳测试获得，其中涉态疲劳测试得到的为静态疲劳参数咯动态疲劳测武得到的为动态疲劳参数Inf1.g和11a原则上是等效的。62.2静态疲劳测试静态般劳测试描述了以恒定外加应力0a施加到长度为1.的被测光纤样品上，记录光纤从试验开始到断裂持续的时间t,通过Jft更测试可知.同一。a得到的t并不是固定值，而呈一定分布，在这里取tr的中位数或者或布尔分布失效微率50%对应的值(GB,T15972.3320)8附录G给出了具体计算方法兀根据光纤微裂纹的扩展理论，公式(3)给出J'施归应力。a与光纤断裂时间IP之间的关系。Igt1(Oa)=IgtXDn1.goa(3)将一系列施加应力的对数值和与之对应的一系列失效时间的对数值进行直线拟合，直线的斜率即为-n,因而可以通过这种方式得到静态应力腐蚀取覆性参数ug,t(D是拟合线在纵轴上的“截距”，即施加应力为】时对应的失效时间值(该值取决于应力使用的单位)。GBT1.5972.332008附录C、D、E给出了3种测试光纤静态:疲劳参数的方法。6.2.3动态菠劳测试动态疲劳描述了以恒定应力速率。a施加应力到长度为1.的被测光纤上直至光纤断裂，记录断裂应力。,通过多次测试,可以获得同一。卜得到的多次。值,这里。取成布尔分布失效概率5照对应的俯(GRT15972.33给出了具体计算方法)，根据光纤微裂纹的扩展理论，公式(4)给出了施加应力速率5与光纤断裂应力Oy之间的关系。1.gz(,)»1.gz(1)+.(4)H+I将一系列施加应力速率的对数值和与之对应的系列破坏应力的对数值进行直线拟合，通过得到直线的斜率_可以计兑出动态应力腐蚀坡用性参数,do。是拟合线在纵轴上的“糊;”.即施加应«+!力速率为1时的破坏应力假(该值取决干应力速率使用的单位).GB.T15972.332008附录A、B给出了两种测试光纤动态疲劳参数的方法“6.3强度分布相关的参数血光纤的强度并不是固定的，而是呈一定的分布，按照威布尔分布模鞭，大致可以分为两个区域，分别是高强度的本征区域和低强度的“非本征”区域，如图】所示，分别代表了光纤表面的两种类型的微裂纹.在光纤长期使用过程中，低强度区域最先发生断裂，因此光纤寿命模型?ft点关注低强度区域(光纤强度在筛选应力附近及以下)，井采用该区域的威布尔参数总值计算寿命理论.k¾（应力）图1光纲掇疲劳强M布尔分布雌ma通过动态疲劳冽试获得，具体过程如下。a）取标用长度1.O的光纤试样（建议标距长度Iom到20m）“b）将每个试样以一定应力速率。加蜘力，比至光纤断裂，记录断裂应力。,或戡至（非破坏）最大应力Omax（例如2IGRO后停止。应力加载速率Oa应尽51快（例如，应变速率200min,换算为应力速率约2.6GPtfs）.C）重复步骤a）和冷样本量N应足够大，以得到尽量多的低强度断裂点。d）通过公式“第威布尔累计失效概率E式中：i湖留麻黝汕。;按场恸师鲍沔。一力6+1)力/,IXs+)叫产<J1.41对F取对数，并根据公式（6）和公式进行换算。exp吗=_X(1("1)叩式中：B为生曲冲间教（.附如将M僦开密召初留蜥翱劝。;对应的栈布尔分布纵标。公式反应了经过了筛选测试的形T，作标距长度为IA应力速率a的动态疲劳测试中，得到的每个断裂应力。店威布尔分布累积失效概率之间的关系。hn对于大破坏应力区域，见图1中的本征强度曲线，喊布尔分布接o线，采用线性回归拟合，m公式右侧大括号内的值接近1.词余部分可以变形为公式.我式中：A为吏线拟合截距。通过对W1.和修曲线t生回归，得到拟合斜率即为高强度区域的城布尔参数。GBT15972312021中也给出了本征区域或布尔ma的计算过程.对于较低的应力数据，见图1中的非本征初度区域，曲率明显，采用非税性拟合，具体过程如下。a)选择图I中低应力区域的率明显的。；数值.b)给定一个ma值，通过公式(7)计算m个破坏应力。对应的1丽;值.C)将得到的一系列In%取中位值Infkd)将In代回公式计算砰个破坏应力g;对应的或布尔分布纵坐标WoUI;。e)计算方差(WfM)2,然后将所有方差求和。f)更改ma数值，重麓步骤b)-e).找到方差之和最小的ma.即为最线低强度(非本征)区域的ma结果.6.4光纤承受外部应力。破受力长度1.6.4.1总剜光纤一般会制备成光缆布放到各种应用场景中，虽然光缆的作用是保护光纤免于承受外界应力，避免产生应变，但是在寿命评估时，要考虑到城坏的情况，即光纤会承受比较小的长期应力，目前光纤可或受力的应用场景有两种，一种是室外缆，例如架空缓、管道缆等,光纤承受拉伸应力，且受力的距离较长；另外一种是接入网应用场景，以及接头盒内光纤，光纤会处于小弯曲半径状态，承受弯曲应力，或者同时承受拉伸和弯曲应力.一眼受力的光纤距离较短.6.4.2 长距离承受拉伸应力对光纤长距禹承受拉伸应力的应用场景，光纤长期承受载荷的规定如下.而筛选应力为0.69GPa(100kpsi)的光纤：最大长期负载不超过筛选应力的20%。一时筛选应力为Q.69GPa-1.38GPa(100kPSi-20OkPSi)的光纤：最大K期负我不超过筛选应力的17%。目前不建议光纤筛选应力大于1.38Q(200kpsi)有时候会用应变来表示光纤承受的外部应力水平，应力。和应变e换算关系见公式(9)。(e)=Eo(1.+ce)e.(9)式中：Eo是杨氏模量,取值范围70.3GPa-73KGPiu对于轴向应变,非一性项C的取值范围为313.如无特殊现定，光纤受力距离1.一般取Ikm,6.4.3 短距离承受弯曲应力光纤处于均匀弯曲状态时，此时光纤外表面所受的应力是不均匀的，光纤弯曲外表面受到拉应力，而弯曲内表面受到压位力，只有拉应力会造成微裂纹的扩展，而拉应力的大小也是沿着光纤外表面周期变化的，其中增大的拉应力。InaX取决于弯曲半径R,计算见公式(10)°-wf°！1+¾(10)式中：ay为光幻玻值层半径,.由干弯曲条件下光纤受力的不均匀,因而进行寿命模型计算时,光纤的受力长度需要进行等效换算.将光纤弯曲长度1.P换亢为光纤受均匀轴向拉伸应力的长度1.对于均匀弯曲.换?Z方法见公式（I1.）和公式（12）。式中：X为横蚌系数，为光纤的威布尔参数m,K标S和d分别代表静态条件和动态条件下测试的m值，n为应力腐烛敏感性参数.对于光纤处于均匀弯曲殳力场景，在寿命模型计儿时，光纤所受的外部应力输入omax受力长度由实际弯曲长度1.换算为1.后输入模里，进行计算6.5失效概率F失效概率F反映光纤累积失效概率，例如特定外部条件下，假设失效概率0.001%时，计算寿命；当然也可以假设使用寿命（比如25年），反算失效概率0F一般取客户可以接受的故障率水平。也可采用平均失效率卿J概念，平均失效率，'赤1寿命叨及失效概率F之间的计尊关系见公式U3）.失效率的结果往往习惯用Frr衣示.即每十亿部件小时的故障数,属于某些特定行业的习惯.酎录A本文件与IECTC62048:2014相比树构Em本文件与IECTR62048:2014幸条编号对照情况见表A.1。*A,1*的IECTR620482014ft<m5MW况本文件章条编号对应的IECTR62048:2OM毯条S号1I2234345566.7（蒙考部分内容）.8.47W戏A一附录B.I一BJB.28（不包括8.4）WB.39W*B.410WB.511（不包括I1.3.11.4,11.5和I1.8）WSB.6.112（不包括】22和12.3JBJftB.6.213（不包括13.力W*B.711.3IWMA用京C附量B范性)可以计霓任茗受力历史后的裂仪31度B.1逑本附录介绍r光纤寿命预测模型推导过程中的具体公式和假设条件。光纤寿命预测模型来自干脆性材料断裂理论,即脆性材料表面的微裂纹生长速率湎足需定律,并由此得到单个微裂纹在外部应力作用下强度弱化及断裂的公式(B.&B.14),随后重点介绍了沛态故劳、动态疲劳和筛选三种受力条件下微裂纹强衣的变化过程.通过引入威布尔分布概念.给出光纤表面多个微裂奴的强度与失效概率的关系公式(B.59),并提出光纤可匏性更多取决于非本征的低强度分布区域,将筛选后光纤强度与威布尔分布结合，得到筛选后光纤的强度与失效概率的关系公式电66),最终给出光纤受特定静态应力时，光纤寿命和失效概率之间的关系公式(B.77),通过省略一些无法准确获知的参数，批终得到寿命预测模盘公式(B.98),具体推V过程如图BJ所示。KMit<3多多勃条价下引入Wg1.1.分布.N到不同M姓晚。失效H卓的关系公火9b.i光灯等MimIfi导出过程示.注1：由于商用光纤在出厂前都经过了筛选测试.因此本文件只介绍了筛选后光纤的寿命f估模型推导过程，筛选前游两命模型无旃意义,顺前光H强叨向威布尔分析见KrTC620iS：201111.t11.5.注2：光纤服役过程受静态恒定力情况比较多，因此破终给出的是筛选后光纤静态投劳下的失效模型，筛选后光纤动态疲劳威布尔分析WJBC1K62(M&3)141IK,B.2耽弱化和斯B21.SttW1.I和强度劣化光纤强度遵徘脆性材料理论，脆性材料理论假设沿若光纤长度方向分布着非常小的块陷或微裂纹。时于硅掂光纤，澈裂纹主要位于石英玻璃表面，易受水分、灰尘、化学M等侵蚀并扩展，光纤外表面的涂层则是为了战慑环境对做裂奴的影响。IO注：木章只论述峭表面单个裂蚊及扩展失效的过程，实际上辉表面的瞰强度是呈一定分布的，见R4由仇当光纤受外部应力。(I)时，裂纹尖端的应力强度因子K(D(反映光纤受力情况)可通过公式(B.1)计算得到.K向二汩(,)/")(B.D其中，Y是无量纲的裂纹几何形状参数(假定为常数)；a是裂纹“深度”，即垂宜于施加应力方向的缺陷尺寸.在理想的情性环境条件下，如低温(如液氮)、等湿度或高出空，裂奴仅在临界速度VC下生长，然后断裂，应力强度因了K(»与旅加在裂坡上的应力。(力成比例变化，当施加的应力增加到裂较情性强度S时(对于短光纤，通常高于15GPa).K(t)变为Kic.称为临界应力强度因子或断裂韧性,此时光纤发生断裂，公式(B.1)变为公式(B.2)。JKc=K,.(B.2)受环境影响，惜性强度S难以测玳，不同环境得到的S是不同的，通常使用术语“强度”而不是“情性强度”来表示在岸态或动态疲劳条件下冽信的“瞬间断裂”的破坏应力极限值。对于处干活性(非惰性)环境中的光纤,例如在较高超度和湿欧、水或化学物质条件卜.，任何施加的应力都会因二氧化硅分子健发生水解从而导致裂纹扩展，这一现象称为应力腐蚀.形状参数Y和断裂韧度Ke的值存在至少10%的不确定性，但假定该类型裂纹在广泛环境中为常数。公式(B2)建立了活动环境中裂纹尺寸增大与强度懒小之间的对应关系,该关系可在楮性环境或瞬间断裂中近似测量.数值上,假设椭圆裂纹Ya1.24,在拉伸应力下KigO.8MPam2.公式(B.2)变为公式(B.3)。a(11i=(142s(I¾)2(B,3)通过公式(B.3)可以计算出接近筛选应力区0.7GPa的强度S对应的裂纹尺寸约为088m7Gf¾对应的裂纹尺寸仅为8.8nm.接近石英分子的四面体结构尺寸，此时“裂奴”的概念仅作为模登描述.在非惰性环境中，根据经脑可知，裂纹扩展速率或速度V与应力强度因子相关，如公式(B.4)所示。”"第钞电力失效瞬间的临界裂触扩展速度如公式(B.5)所示。Vc=AKc.(R5)A是一个材料比例参数，n是裂奴的应力腐蚀敏感性多数，n和A都取决于环境条件.为了计算裂纹如何陆若应力的施加而强度下降.可以将公式(B.1)中的应力强度因子代入裂纹扩展公式(B4).并通过公式(B.2)消除裂纹尺寸。汨到强度随外MI应力而变化的公式(B.6),心叫。,()-AtR此处定义了裂纹的强度保持参数B(ft,见公式(BJ),(B.7)何成B侑的参数受环境影响，因此很艰对B进行测法，引用值可能在IX1.O-1.1.GPa,对公式(B6)进行积分,可得到光纤受到应力历史。后，出光纤初始强度S(O)减弱为剩余强度Sa)的公式,如公式(B.8)所示.S1.s=尸(O)Y卜(冰(B,8)或者如公式(B.9)所示.I只要剩余强度Sa)超过南加的威力00),该裂纹就不会断腹.请注意,在公式(B8)和(B.9)中,只要n大于2,就会出现裂蚊强度弱化,对于典型的光纤,n可能在1530.此外.光纤的B值越高.外加应力历史产生的强度弱化效校越小。B.2.2裂纹断裂当公式(B.8)和公式(B.9)中的乐终强度S(I)等于失效腑间的外加应力时,公式(B.2)的临界失效条件发生，如公式(BjO)所示。/=MD=M使用此临界条件代入B8)和(B.9),可以得到一般寿命公式(B.11).(B.11)<r2(z)-r-j(o)-iV()f.或者(BJ2)(昭该公式的任形式都隐部岭出了给定固定环境中任何应力历史。就为寿命T,当(B1.1.)中左侧可忽略时(即断裂应力小于初始强度).公式可进一步而化.例如.如公式(B.13)所示的条件发生时<.(<)<oo=v(o'.(B.13)分别将n=15和30代入，则需要施加的断裂应力分别小于初始强度的70%和85%因此，如果发生了足够的裂纹弱化(裂纹扩展)，则公式(B.1I)的一般寿命公式变为(B.I4).*()df=BS'i(0'(B.14)这种形式的优点是,现在不需要单独知道B和s-2(0),而只需要知道他们的乘机即可.此外，该设定可以得到静态疲劳和动态疲劳线性表达式，因此,文献中经常使用这种近似.B.2.3说明8.2.3.1 公式(B8)和(B.9)中的裂纹弱化,以及公式(B.U)和(B.I2)中的裂纹失效取决干施加应力的大小和应力施加的持续时间，以及裂纹参数n和B。8.2.3.2 2.3.2以上公式可以应用于分析许多外加应力S致的光纤强慢弱化或断裂的实际问题，例如筛选试验、破坏性的静态疲劳和动态疲劳试验,以及预测使用寿命或失效率.8.2.3.3 在光纤生命周期中，裂蚊弱化的公式电ID和B12)可函发应用，例如，制造期间的能选试验、几乎零应力的存储运输、布线过程和现场施工等.因此,可以计算短个时期(从开始到结束)的强度降低。8.2.3.4 所有结果均假设强度仅作为施加应力的函数随时间降低，对于固定环境假设赛劳参数随时间保持不变，然而，实际试验证实疲劳参数随温度和湿度变化，目前未就这些参数与环境的映射函数达成一致意见.8.2.3.5 在恶劣环境中(高温高湿等),即使没有施加应力，光纤强度也会发生变化，这一现象被称为零应力老化，本文件不考零应力老化的情况,8.2.3.6 对于光纤的可靠性评估，需要对安装前光纤所经历的应力历史和环境条件、强度分布、戒劳参数、老化特性，以及现场应用中预期的应力和环境进行仔细的工程判断,B.3疲劳试验8.3.1 概述本章将阐述如何通过被劳试验得到裂奴参数n和BS-2。疲劳试脸涉及对固定标拒长度的大量光纤试样进行破坏性疲劳试脸，有两种类型的:疲劳试验，下标SN1.d分别指在伸态和动态条件下测量.8.3.2 静态疲劳在静态疲劳测试过程中，光纤试样承受恒定的外加应力a,直到初始强度最弱的裂纹在失效时间讦断裂.应力历史如图B.2所示.触I力。图B.2静态疲劳一施加应力与特定施加应力时间的关系根据公式(B.11)和(B.I2),失效时间为.t,区)=B11,-(g2-%-2)-(B.is)根据公式(B13)和(B.141.如A外加应力与光纤初始强度的比值足蜂小.则公式(H.15)可以简化为。t,(oa)BS',-2a"=t,(1.)oa".(B.16)其中“极距”但表示见公式(B.17).t,(1.>=B.S-2.(B.I7)截距的数值取决于使用的单位,谛注懑，此衽为没有时间维度。根据公式(B.16).失效时间与施加应力取对较后得出公式(B.18)t1.g1.,(oa)1.gt,(1.)-n1.ga.(B.18)在静态疲劳试验中.通过对不同的试样组施加不同的应力,得到断裂时间数据,通过公式(B.I8)聘数据做直线拟合，得到直线斜率淅咯截距为IgIy,如图R3所示。根据公式以，过大的施加应力(接近光纤强度的娜以上)将无法略去。-2,此时会导致测最吨的误差。B.3.3动态疲劳以恒定的外加应力速率。,向光纤样IwI施加应力，直到初始强度最烟的裂蚊在失效时间ta或失效应力。下断裂，其中a,=tfta(fi19)该应力历史如图B.4所示,(勿将此处的Ia与B.4中定义的筛选试验停刷时间混淆，)图B.4动态筱劳一特定施加应力速率下施加应力与时间的关系根据公式和(B.12).失效应力为.()-*+1.)g(i武泸(B.20)根据公式(B.I3)和(B14),如果断裂应力与光纤初始强度的比值足终小.则(B.20)的初化形式为(B.2D。/M(M)HWHRIyMM<b2,)“旅距”见公式(B22)°,(1.)=(nrf+1.)Bw*-,'(B.22)截距数值取决于使用的单位。请注意，此截矩没有应力的维度.根据公式(B22)失效应力与应力速率取对数后得到公式(H.23).1.gz(d,)1.g,(1.)+<.-.<B-23)/I.1在动态疲劳试验中，不同的应力速率施加到不同的试样细.得到断裂应力，将数据采用式(B.23)进行直线拟合，得到的点线斜率为(na÷1.”截距为1.gg(n如图Bji所7已根据公内B缀过大破坏应力(或应力速率)将无法省略。b2可能会导致测轴的误差。114579-2023另外一种动态疲劳测试会将光纤以一定的速率加我到某个特定的应力。max,然后停止加段，如果在加税过程中断裂，则计录断裂应力，该动态疲劳测试主要为了获得低强度区域的或布尔参数m值，具体Jf1.试过程见5.3,本附录不再赘述。B.3.4静态疲劳与动态般劳的比较B.3.4.1微距和获得的参数静态或动态疲劳测试得到的参数n和B.原则上在相同环境下应相等,除了一些例外情况,后文刑除n值的下标S和d公式(B.和(B.22)将截距关联为公式(B.24)。s-2三r(1.)=-(B.24)B.3.4.2持续时间静态使劳试骁通常衢要持续较长的时间(天到月)，井旦可以在不同环境条件中实施，已有文献Ju遒了在高温、湿度和化学物质等条件卜进行静态疲劳测试的研究。动态疲劳一般持续时间较短(杪到小时),通常在室温进行。有文航报道为获得光纤的惭性强度,在惭性环境中进行动态疲劳测试研究.评估光纤在筛选试验应力附近的覆度分布时，通常通过动态疲劳试验，求解公式B的和公式(B21)的乳1),并使用公式(B24),可以得出公式025),（B.25）如果静态疲劳施加应力与动态疲劳破坏应力相等,将公式(B.19)代入.则可以得到动态失效时间和静态失效时间的关系.见公式(B.26).tf（j+1.）,M+1.（R26）这懑味着当动态般劳失效应力。马静态应力。a相簪时，动态疲劳的失效持续时间为龄态疲劳时间的n+1.倍.进一步地,静态和动态疲劳前光纤具有的初始情性强度为与、Sz是等效的.如果从“精确的”静态寿命公式(B.15)来看，则有f三I+,电27)"B从“精确的”动态疲劳破坏应力公式(B20)来看，则有1-1=1+-W-.(B.28)1.J5+)此将公式(B.27)和(B.28)左侧相等.得到公式(B.29).Ifftr(&29)以上分析适用于将多个实验室端于不同方法洌依的同光纤上的动态和静态疲劳结果放到同坐标系。B.3.4.3动态独劳和怕性强度根据公式(B.19)和(B.20).情性覆度与破坏应力(或“动态耙收”)的比率见公式(B.30).当应力速率(或B侪)增加时脩性强度与动态强度接近统这就解择为什么有时可以使用高应力速率动态疲劳测试得到的g来估獴情性强度S。B.3.4.4给制非线性根据公式(B.15),在峥态般劳中，失效时间随希恒定施加应力的增加而减少。当失效时间消失时，施加的应力接近“情性”强度。相比丁根据公,B.18)拟合得到的1.n(。与In(Oo直线斜率，更精确的公式(B.15)得出的料率见公式(B.31).静态疲劳对敷科率0rE随着外加应力的增加，图B.3的曲践图将向下甯曲，使得斜率的绝对侑从ng增加到史高的伯，因此表观邛更大.根据公式(B2().在动态疲劳中,破坏应力或动态强度随应力速率的增加而增加.例如1.如果na为15和30,将应力速率增加100O倍，则破坏应力或动态强度将分别增加51%和25%,因而在指定光纤强度的时候需要注意到测试速率.此外.环境也会影响测试结果.相比于根据公式值团拟合得到的In(O,)与In(UO的直线斜率，更精确的公式R须得出的斜率见公式(B.32)4T.成用时物品率=(B32)t*X(.“K二I1.r;随着施加应力速率的增加，图H5的曲线图将稍微变平，使得斜率值从(MA减小到较小的值，因此使得表观na较大。n«i者试验时间的增加而增加,因此观察到在极低应力下静态被劳曲线的旋度增加，在极低应力速率下动态疲劳曲线的旋度降低.在这些俯况下，静态和动态n色会相交.8. 3.4.5环境裂纹参数时环境的依赖性正在继续研究中.裂纹扩展的环境特性允许从一个环境条件“映射”到另一个环境条件.也可以使用光纤在恶劣环境得到的短期“加速老化”,来修测光纤在更良性环境中长期使用的可狒性。在XuE的惭性环境中，破坏应力与应力速率无关.这相当于在公式(B.21)到(B.23)中,n或B等于无穷大.B.4筛选测试B.4.I概述本章介绍了简选泅试如何剔除弱点,并确定重要的可振性特征.注：本条引用了附.仅时漉论完触.目前还没有统的浏恻出帧法.B.1.2篇选测试周期筛选试验要求沿光纤全长依次施加名义上恒定的筛选懒应力印。与疲劳试验不同，筛选测试虽然会在统计上预tK点率N>(每单位长度的失效次数),但光纤不一定会发生断裂。筛选一般是在光纤制造过程中完成的。筛选试脸应力历史如图B6所示.具体来看，在加载时间4期间应力从零加载至筛选试验应力OR在停留时间忸期间保持恒定筛选试验应力。，(勿将此处符号Ia与13中定义的动态疲劳失效时间混洵,在和教时间tu期间筛选应力从0,卸载至接近零.图B.6筛选测试一旅加应力与时间光纤筛选速度为s,筛选轮直径为D,则光纤绕筛选轮四分之一圈的加我/卸我时间为仇=之光纤驻留长度为St1.U如图K6所示,假设加载和卸载过程基本上是线性的,加载和卸我部分类似于动态疲劳.驻留部分类似于静态疲劳，不同之处在于，最大施加应力(op)是有限的，光纤不一定会发生断裂.B.1.3筛选试验期间的裂纹弱化通过强度弱化公式(BS)和B.9).对于未断裂的裂纹,其在筛选试脸前的初始强度S在箍选试3金后降低为强度Sp,则有公式(B.33)。.(R33)此处有