3.2. Расчет элементов конструкций оптических кабелей

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

Задача 1. На сколько изменилась допустимая нагрузка на растяжение конструкции оптического кабеля ОК-50-2-5-8, если при изготовлении кабеля заменили материал центрального упрочняющего материала с нитей СВМ на кевлар. Диаметр центрального упрочняющего элемента в обоих случаях составляет 3,7 мм при толщине поливинилхлоридной оболочки = 0,5 мм. Толщина фторопластовой трубки оптического модуля = 0,5 мм. Толщина внешней полиэтиленовой оболочки 1,5 мм. Наружный диаметр кабеля 13 мм. Коэффициент допустимого продольного растяжения кабеля δ=0,01.

Решение.

Для решения этой задачи используем формулу (3.1). в начале решения определим площади поперечного сечения элементов конструкции оптического кабеля ОК-50-2-5-8, размеры элементов конструкции кабеля находим из справочника [2].

Конструкция ОК-50-2-5-8 имеет в центре упрочняющий силовой элемент диаметров 3,5мм, состоящий из нитей СВМ (синтетической высокомолекулярной пластмассы), помещенных в поливинилхлоридную оболочку толщиной 1мм. Площадь части силового элемента, состоящего только из нитей СВМ, равна:

S=π·r²=3,14·0,75²=5,72мм²=2,36·10^-6м².

Площадь поливинилхлоридной оболочки упрочняющего силового элемента определяется как площадь кольца:

Площадь фторопластовой трубки (Ø_{ф.трубки}=2,5мм, [2]) оптического модуля также определяется как площадь кольца:

Для дальнейшего решения необходимо учесть, что механическая нагрузка при растяжении конструкции ОК будет прикладываться в первую очередь к силовым элементам и к оболочке, где k_i=1. При приложении нагрузки к оптическому модуля с углом подъема (скрутки) относительно центрального упрочняющего элемента ψ_і=35°, величина коэффициента будет равна:

k_i=сos ψ_і=35°=0,8.

Определим допустимые значения растяжения отдельных компонент оптического кабеля, для расчетов используем данные из табл.3.1. Допустимое растяжения силового элемента, состоящего только из нитей СВМ, равно:

F_i = δk_i E_i S_i= 0,01·1·6500·10⁷·2,35·10^-6=1527,5Н

Допустимое растяжения силового элемента, состоящего только из нитей кевлар, равно:

F_i = δk_i E_i S_i= 0,01·1·12500·10⁷·2,35·10^-6=2937,5Н

Допустимое растяжения поливинилхлоридной оболочки упрочняющего силового элемента равно:

F₂ = δk₂ E₂ S₂= 0,01·1·300·10⁷·7,85·10^-6=235,5Н

Допустимое растяжения фторопластовой трубки оптического модуля равно:

F₃ = δk₃ E₃ S₃= 0,01·0,8·225·10⁷·3,14·10^-6=56,5Н

Допустимое растяжения наружной полиэтиленовой оболочки оптического кабеля равно:

F₄ = δk₄ E₄ S₄= 0,01·1·15·10⁷·54,16·10^-6=81,2Н

Общее значение допустимого растяжения ОК-50-2-5-8 с упрочняющим силовым элементом из нитей СВМ равно:

Общее значение допустимого растяжения ОК-50-2-5-8 с упрочняющим силовым элементом из кевларовых нитей равно:

Соответственно допустимое растяжения кабеля ОК-50-2-5-8 с упрочняющим силовым элементом из нитей СВМ меньше допустимого растяжения кабеля ОК-50-2-5-8 с упрочняющим силовым элементом из кевларовых нитей на 1410Н.

Ответ: ΔF=1410Н.

Задача 2. На сколько изменится радиус сердцевины центрального упрочняющего элемента (изготовленной из нитей СВМ) оптического кабеля ОК-50-2-5-8, если требуется получить конструкцию с минимально допустимым для линейных кабелей растягивающим усилием. Внешний диаметр центрального упрочняющего элемента в обоих случаях составляет 3,7 мм при толщине поливинилхлоридной оболочки =0,5 мм. Толщина внешней полиэтиленовой оболочки 1,5мм. Наружный диаметр кабеля 13мм. Коэффициент допустимого продольного растяжения кабеля δ=0,01.

Решение.

Для решения воспользуемся формулой (3.23), а также результатами решения предыдущей задачи, так как геометрические размеры элементов кабелей ОК-50-2-3-8 и ОК-50-2-5-8 одинаковы (см.справочник [2]). Вначале определим новое значение площади сердцевины центрального упрочняющего элемента оптического кабеля ОК-50-2-3-8, достаточное для выдерживания кабелем нагрузки в 1200 Н (согласно [2] это минимально допустимая нагрузка для линейных кабелей этого типа конструкций). Используем аналогичную нумерацию элементов конструкции кабеля, как и в предыдущей задаче:

Определим новое значение радиуса сердцевины центрального упрочняющего элемента:

Таким образом, разница радиусов сердцевин центрального упрочняющего элемента будет равна:

r_i=0,75 – 0,64 = 0,11 мм.

Ответ: Δ r_i=0,11мм.

Задачи для самостоятельного решения

Задача 1. На сколько изменилась допустимая нагрузка на растяжении конструкции оптического кабеля ОК-50-2-3-8, если при изготовлении кабеля внешний диаметр оболочки изменялся в пределах нормы? Центральный упрочняющий элемент изготовлен из нитей СВМ. Диаметр центрального упрочняющегося элемента 3,7 мм при толщине поливинилхлоридной оболочки 0,4 мм . Толщина фторопластовой трубки оптического модуля 0,55 мм . Толщина внешней полиэтиленовой оболочки 1,6 мм. Наружный диаметр кабеля 13мм. Коэффициент допустимого продольного растяжения кабеля =0,015.

Задача 2. Какой объем гидрофобного заполнителя потребуется для наполнения свободного внутреннего пространства конструкции оптического кабеля ОК-50-2-5-8? Диаметр центрального упрочняющегося элемента =3,7 мм; толщина внешней полиэтиленовой оболочки 1,5 мм, наружный диаметр кабеля 13 мм.

Задача 3. На сколько изменилась допустимая нагрузка на растяжении конструкции оптического кабеля ОК-50-2-3-8, если при изготовлении кабеля заменили материал центрального упрочняющего элемента с нитей СВМ на сталь? Диаметр центрального упрочняющегося элемента в обоих случаях составляет 3,6 мм при толщине поливинилхлоридной оболочки =0,55 мм. Толщина фторопластовой трубки оптического модуля =0,45 мм. Толщина внешней полиэтиленовой оболочки 1,8 мм. Наружный диаметр кабеля 13мм. Коэффициент допустимого продольного растяжения кабеля =0,02.