ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ................................................................................................................... 7
Глава 1. Специальные оптические волокна, варианты конструкции и
технологии изготовления. .................................................................................... 29
Глава 2. Особенности термомеханического отклика стеклующихся
материалов в конструкциях специальных оптических волокон ...................... 34
2.1 Модели термомеханического поведения стеклующихся сред ............. 35
2.2 О влиянии легирования на свойства стекла ........................................... 38
Глава 3. Свойства кварцевых стекол ............................................................... 41
3.1 Прогнозирование физико-механических свойств легированных
кварцевых стекол ............................................................................................... 42
3.1.1 Термомеханические свойства стекла SiO2 -B2O3 ............................. 42
3.1.2 Плотность SiO2 -B2O3 .......................................................................... 56
3.1.3 Теплоемкость SiO2 -B2O3 .................................................................... 58
3.1.4 Теплопроводность SiO2 -B2O3 ............................................................ 60
3.1.5 Термомеханические свойства стекол SiO2-P2O5 и SiO2-GeO2 ........ 61
3.1.6 Плотность SiO2-P2O5 ........................................................................... 62
3.1.7 Теплоемкость SiO2-P2O5 .................................................................... 62
3.1.8 Теплопроводность SiO2-P2O5 ............................................................. 62
3.1.9 Плотность SiO2-GeO2 .......................................................................... 63
3.1.10 Теплоемкость SiO2-GeO2 .................................................................... 63
3.1.11 Теплопроводность SiO2-GeO2 ............................................................ 63
Глава 4. Физико-механические свойства полимеров защитно
упрочняющего покрытия ...................................................................................... 64
4.1 Особенности идентификации свойств УФ-полимеров ......................... 66
4.2 Коэффициент температурного расширения полимеров ....................... 68
4.2.1 Объект исследования .......................................................................... 75
4.2.2 Пробоподготовка................................................................................. 76
4.2.3 Методика натурного эксперимента ................................................... 77
4.2.4 Проверка выдвинутых гипотез .......................................................... 85
3
4.2.5 Верификация полученных результатов ............................................ 91
4.2.6 Влияние температурной деформации оснастки DMA .................... 93
4.2.7 Выводы ............................................................................................... 100
4.3 Идентификация вязкоупругих характеристик УФ-полимеров .......... 102
4.3.1 Оборудование .................................................................................... 102
4.3.2 Пробоподготовка............................................................................... 103
4.3.3 Постановка натурного эксперимента .............................................. 105
4.3.4 Определение температур стеклования ........................................... 106
4.3.5 Вязкоупругие характеристики материалов ЗУП и их зависимость от
температуры ................................................................................................. 108
4.3.6 Обработка полученных данных ....................................................... 112
4.3.7 Верификация определяющих соотношений................................... 116
4.3.8 Выводы ............................................................................................... 117
Глава 5. Моделирование термомеханических эффектов в стеклующихся
материалах, используемых в оптоволоконных приложениях ........................ 118
5.1 Анализ современного состояния проблемы моделирования
термомеханики оптических волокон ............................................................. 118
5.2 Модель термомеханического поведения неоднородно легированных
кварцевых стекол ............................................................................................. 133
5.3 Алгоритм численного решения краевой задачи термомеханики
стеклующихся материалов ............................................................................. 140
5.4 Модельные задачи ................................................................................... 142
Глава 6. Технологическая механика изделий из неоднородно легированных
кварцевых стекол ................................................................................................. 148
6.1 Численное моделирование эволюции полей технологических
напряжений в силовых стержнях .................................................................. 149
6.1.1 Математическая постановка ............................................................ 151
6.1.2 Численная реализация ...................................................................... 154
6.1.3 Численный анализ эволюции напряжений ..................................... 155
4
6.1.4 Анализ напряженного состояния в силовых элементах ............... 159
6.1.5 Силовой стержень легированный B2O3 .......................................... 160
6.1.6 Силовой стержень, легированный B2O3 и P2O5 ............................. 162
6.1.7 Cиловой стержень увеличенного диаметра ................................... 165
6.1.7.1 Математическая постановка ........................................................ 166
6.1.7.2 Вычислительный эксперимент .................................................... 167
6.1.8 Численное моделирование отжига силовых стержней ................. 169
6.1.9 Выводы ............................................................................................... 174
6.2 Остаточные напряжения в силовых стержнях с учетом
технологических несовершенств геометрии зоны легирования ................ 176
6.2.1 Математическая постановка ............................................................ 185
6.2.2 Численная реализация ...................................................................... 187
6.2.3 Полученные результаты ................................................................... 189
6.2.4 Выводы ............................................................................................... 191
6.3 Конструкционная прочность силовых стержней ................................. 192
6.3.1 Введение ............................................................................................ 192
6.3.2 Объект исследования ........................................................................ 195
6.3.3 Численное моделирование полей технологических остаточных
напряжений .................................................................................................. 198
6.3.4 Натурные эксперименты по разрушению стержней ..................... 204
6.3.5 Численное исследование напряженно-деформированного
состояния стержней в условиях натурного эксперимента ...................... 210
6.3.6 Выводы ............................................................................................... 222
6.4 Конструкционная прочность отожженных силовых стержней .......... 223
6.4.1 Кристаллизация в силикатных стеклах .......................................... 223
6.4.2 Гипотеза о механизме упрочнения силовых стержней ................. 227
6.4.3 Дифференциальная сканирующая калориметрия образцов ......... 228
6.4.4 Электронная микроскопия фрагментов силовых стержней ......... 229
6.4.5 Рентгеноспектральный микроанализ .............................................. 234
5
6.4.6 Рентгенофазный анализ образцов ................................................... 241
6.4.7 Численный эксперимент .................................................................. 242
6.4.8 Выводы ............................................................................................... 245
6.5 Оптимальный профиль легирования силовых стержней .................... 246
6.5.1 Постановка задачи оптимизации ..................................................... 247
6.5.2 Решение задачи оптимизации .......................................................... 248
6.5.3 Выводы ............................................................................................... 250
6.6 Выводы по главе ...................................................................................... 251
Глава 7. Технологическая механика анизотропных оптических волокон 253
7.1 Эволюция остаточных и технологических напряжений в оптическом
волокне ............................................................................................................. 254
7.1.1 Постановка задачи о прогнозировании остаточных напряжений
в анизотропном оптическом волокне ........................................................ 254
7.1.2 Численный анализ полей остаточных напряжений в волокне типа
«Панда» ........................................................................................................ 258
7.1.3 Численный анализ влияния величины зазора на остаточные
напряжения в волокне ................................................................................. 261
7.1.4 Численный анализ влияния радиуса силового стержня на
остаточные напряжения в волокне ............................................................ 266
7.1.5 Прогнозирование двулучепреломления волокна типа «Панда» .. 268
7.1.6 Выводы ............................................................................................... 273
7.2 Влияние несовершенства геометрии волокна типа «Панда» на его
оптические характеристики ........................................................................... 274
7.2.1 Измерение геометрических параметров поперечного сечения
волокна ......................................................................................................... 275
7.2.2 Статистическая обработка результатов измерений ....................... 276
7.2.3 Численное исследование влияния несовершенств геометрии
на остаточные напряжения и двулучепреломление ................................ 283
7.2.4 Заключение ........................................................................................ 290
6
7.2.5 Выводы ............................................................................................... 291
7.3 Верификация предложенных подходов на серии натурных измерений
модового двулучепреломления волокон типа «Панда» .............................. 292
7.4 Контактные задачи технологической механики специальных
оптических волокон ........................................................................................ 295
7.4.1 Математическая постановка ............................................................ 297
7.4.2 Эволюция полей остаточных напряжений с учетом ЗУП в условиях
термосилового воздействия........................................................................ 302
7.4.3 Влияние толщины ЗУП на НДС и оптические характеристики
анизотропного оптического волокна ........................................................ 308
7.4.4 Свободная намотка в условиях технологической пробы ............. 313
7.4.5 Выводы ............................................................................................... 319
7.5 Низкотемпературный отжиг анизотропного оптического волокна ... 320
7.5.1 Оценка вклада релаксационных процессов и деструкции ЗУП
в изменение НДС анизотропного волокна в условиях отжига ............... 321
7.5.2 О возможных механизмах увеличения двулучепреломления при
низкотемпературном отжиге ...................................................................... 327
7.5.3 Вычислительный эксперимент ........................................................ 330
7.5.4 Выводы ............................................................................................... 330
7.6 Выводы по главе ...................................................................................... 331
Заключение .......................................................................................................... 333
Список литературы ............................................................................................. 336
Приложение А ..................................................................................................... 374
Приложение Б ...................................................................................................... 376
Приложение В ...................................................................................................... 377
