GB／T 15972.31-2021  光纤试验方法规范 第31部分：机械性能的测量方法和试验程序 抗张强度

测量的断裂应力和疲劳特性随光纤的温度和湿度而变化，因此温度和湿度在预处理和测试过程中 应进行控制。典型的控制要求是： 温度：23℃±2℃； 相对湿度：50%±5%。 通过将测试试样密封起来并通入水蒸气，形成不结露的高湿环境，可以获得替代的测试环境。图 A.5显示了一个联动测试仪，它包括一个循环水浴罩

样品是来自总体的一个或多个光纤。将每个样品切成较短长度的试样进行测试。将这些试样的测 试结果组合得到样品的总体结果。术语“样本量”用于表示在文中其余部分中提到的测试试样数。 对于带状光纤，在带状结构上选择均匀的试样。从光纤带上取下光纤时要小心，以免损伤影响 强度

通常使用0.5m的标距长度。测量抗张强度时沥青路面标准规范范本，通常使用30的样本数量。对于“长样品”的测试方 法参见附录D

断裂应力计算需要将拉力转换为光纤玻璃部分的横截面上的应力。在该计算中使用由 GB/T15972.20一2021测量的包层直径来计算横截面积。光纤涂覆层也承受部分拉力，从而降低玻璃 横截面上的应力。7.1中描述了应力计算的公式。 涂覆层修正系数是涂覆层厚度、每个涂覆层的杨氏模量和玻璃模量的函数，涂覆层厚度可以通过 GB/T15972.21一2008测量。固化涂覆层的模量通常由制造商提供。对于典型的光纤，涂覆层的力值 贡献小于总力值的5%，并不需要涂覆层的补偿（见7.1）。因此，按固定百分比计算的断裂应力比实际 值大。当涂覆层力值得到补偿时，平均值或标称值可用于所有样品。涂覆层模量对断裂应力的贡献可 随应力或应变速率而变化。如果在任何应力或应变速率下的贡献大于总载荷的5%，那么涂覆层力值 应包括在计算中

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准备阶段可能包括下面儿步： a）老化试样（需要时）； b）预处理试样

6.2单根试样的测试程序

单根试样的测试程序如下： a 将缠绕式夹具安装到拉力设备上； b）将光纤松绕到缠绕式夹具上，并将传感器力值清零（光纤夹紧后不应再将力值清零，否则会使 测试结果偏小）； ） 将样品光纤夹紧在缠绕式夹具中，光纤不能交叉或受到损伤； d） 设置应变速率； ） 开始移动缠绕式夹具。对于0.03%/min或更低的标称应变速率，试样可以在0.3%/min速率 下预加载到在较低速率下预期断裂应力的约一半位置。可以从较高应变速率的结果预测出预 期的断裂应力。在测试损伤的光纤时，除非预期的断裂时间超过4h，否则不宜预加载； f) 发生断裂时，停止缠绕式夹具移动并记录断裂力值，并在必要时记录应力速率； 确认断裂没有发生在缠绕式夹具上。如果是，请标记测量值，不能用于计算： h） 从缠绕式夹具上取下残余光纤，并在必要时完成任何辅助测量，见5.3，

记录标称应变速率和总体信息。 确定涂覆层力值是否得到补偿。如果是，记录适当的涂覆层参数（见7.1）。如果标称值用于计 算应力，则记录标称包层直径。 C 每个试样完成6.2的操作。 d 根据7.1计算每个试样的断裂应力，并按递增顺序排序。 如果需要，根据7.2完成威布尔分布图（参见图D.1）。如果需要，根据7.3计算威布尔参数，m。 和S。 如果可操作性要求需要，根据7.2计算威布尔概率水平为50%时的抗张强度5和威布尔概率 水平为15%时的抗张强度15。 注：光纤断裂时，碎片分布在测试区域中，宜使用防护屏，同时，测试人员在测试区域内需要始终佩戴安全眼镜

7.1拉力与断裂应力的转换

当载荷与拉力T基本成一直线时，没有涂覆层补偿的应力α[单位为吉帕（GPa)计算见公式（1)：

式中： T——拉力，单位为牛顿(N); D。——光纤包层直径，单位为微米（μm）。 方法2： 涂覆层修正系数R计算见公式（2）：

式中： E。———玻璃部分的杨氏模量，二氧化硅玻璃的典型值为70.3GPa； A。一玻璃部分的横截面积； N一涂覆层层数； E，一一第i层涂覆层的杨氏模量； A，一第层涂覆层的横截面积。 需要涂覆层补偿的应力α。［单位为吉帕（GPa)计算见公式（3）： 6.=oR

—一没有涂覆层补偿的应力； R涂覆层修正系数。

7.2威布尔分布图绘制

0.15N十0.5是整数，015=00.15N+0.5。否则，015由0[0.15.N+0.5]和[0.15N+0.5]+1之间的适当的插值确定，其中方括号代 表最大的整数函数。

7.3威布尔参数的计算

威布尔分布的累积频率函数如公式（6)所示

F 威布尔分布的累积频率函数； S。威布尔强度参数； md——动态疲劳下的m值。 因此，V也可由公式（7)表示：

对于通常使用的样本量（见5.1)，使用以下方法。k1，k，.k，由公式（8）、公式（9)和公式（10)所示

则ma和S。由公式（11）和公式（12）表示：

方法2——最大似然估计法（MLE 似然函数的对数如公式（13)所示：

,=0.15N+0.5 2=0.85N+0.5 k,=0.5N±0.5

Y±2 Y1 md: r2k 0.366512 + x±s md

m。和S。使公式(13)最大化。对于给定的ma值，S。的最优值由公式(14)给出

m。的最优值由送代法确定

8.1试验结果报告应包括的内容

相对湿度和环境温度； 试验日期和操作人员。

8.2试验结果报告可包括的内容

根据要求报告中也可包括下列内容： 样品长度；拉伸速度（应变速率）； 样品尺寸参数； 涂覆层补偿（当需要时）； 夹具固定类型； 应用程序中出现的任何偏差； 失效或可接受的判据； 要报告的其他资料。

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附录A （资料性附录） 典型的动态抗张强度测试装置

附录A （资料性附录） 典型的动态抗张强度测试装置

附录A （资料性附录） 典型的动态抗张强度测试装置

图A.1缠绕式夹具设计

图A.3缠绕式夹具装

图A.4长样品用缠绕式夹具装置

图A.5组合式旋转缠绕式夹具测试仪

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力从缠绕式具到光纤的均匀传递对于获得良好的断裂应力测量值是必不可少的。涂覆层和应力 速率都可以改变这种传递函数，取决于缠绕式夹具表面和机械特性。可以通过检查测量的力（应力）与 施加的应变（持续增加的力对应的时间)的关系图来评估传递函数的质量。图B.1、图B.2及图B.3显示 了不可接受的结果。图B.4显示了可接受的结果。 注：未显示时间和力（强度）刻度，因为这些数字仅为定性图示

图B.4可接受的传递函数

应力的结果受到缠绕式夹具 缠绕的圈数和夹紧装 对于某些涂覆层，图B.5中所示的 供可接受的结果。替代的缠绕式 如硅树脂)可以改善测试结果，但细微的批次 变化可能会导致如图B.1所示的结果

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图B.5典型的缠绕式夹具

已经尝试了其他的方法，发现图B.6和图B.7显示的两种方法可以产生更好的测试结果，但是没有 可接受的力速率图和低夹持失效率的数据

图 B.7蜗生式缠绕

外墙外保温标准规范范本GB/T15972.312021

通过使用类似于图C.1所示的 可以补偿光纤滑动或加载系统的符合性。光纤的一 端连接到在平移台上安装好的缠绕式夹具上。通过计算机控制的步进电机移动平台。使用A/D数据 采集系统由计算机监控施加到光纤的负载。计算机软件可以连续地修改步进电机速度以保持规定的加 载速率。 宜使用双面泡沫胶带覆盖缠绕式夹具。由于粘合的粘性，光纤的任何滑动都趋于稳定。非粘性摩 擦带可创造粘滑条件，因此计算机软件难以补偿发生的负载突然变化。 图C.2显示了在2um/s的恒定速度和0.3MPa/s的恒定应力速率下进行的试验力值曲线和加载 速度曲线的比较。该速度对应于0.29MPa/s的标称应力速率，但测得的应力速率仅为0.18MPa/s。 相反，伺服控制的结果是非常接近规定值的加载应力速率。为实现这一点，加载速度连续变化，如图C.2 右图所示

图C.1控制应力速率系统

图C.2负载和负载速度随时间的变化

附录D （资料性附录） “长样品”测量方法 测试结果是断裂应力值的统计分布。因此，所有报告的参数本质上是统计分布的，其固有的可变性 是样本量和试样内缺陷大小变化的函数。试样断裂的位置将会是试样内最薄弱的部位或最大的缺陷的 位置，典型的断裂应力会随着标距的增加而减小。 光纤中可能存在由多种原因产生的缺陷。以两种统计集合分布为例，如图D.1所示的威布尔分布 图（绘制方法见7.2)所示，标距为20m。右边的狭窄垂直分布区域（横坐标应力大约5GPa）称为本征 区域，应力小于5GPa的较宽的分布区域是非本征区域。 对标距长度为0.5m的测试通常不是来自非本征区域的缺陷。然而，有时会将非本征区域缺陷的 断裂应力视为“异常值”。如果异常值包含在数据分析中，则会出现结果错误。对于典型测试，宜去除统 的异常值。 对于测量非本征区域的特征值时，宜使用大样本量（数百个试样）和长标距（20m）。对于依据本部 分测量本征区域的特征值时，通常使用0.5m的标距长度。测量抗张强度时，通常使用30的样本量。 任何与这些值的偏差都应在详细规范中说明。 可以使用统计分析的方法确定是否已经达到给定的精度。 “长样品”的测量方法参照第4章、第5章、第6章及第7章。针对“长样品”的安装。为了节省在长 标距上进行测试所需的空间，可以使用一个或多个滑轮来安装样品（见附录A的图A.4）

20m标距长度5%/min应变速率的典型拉伸强

电力弱电施工组织设计［1」IECTR62048：2014光纤可靠性幂次律理论（Opticalfibres—Reliability—Powerlaw theory)

R62048：2014光纤可靠性幂次律理论（Opticalfibres一ReliabilityPowerlaw