Одним из ответственных элементов конструкции является узел соединения концевиков с фиберглассовой трубой корпуса. В лаборатории НПО «Свободная Энергия» были проведены испытания, целью которых стала экспериментальная оценка прочности данного узла под воздействием температуры, соответствующей верхней границе эксплуатации батарей для телеметрических и геофизических систем.
Для испытаний были изготовлены три образца с использованием клея, применяемого при серийном производстве батарей. В качестве основы использовались фиберглассовые трубы различных производителей и с различной толщиной стенки.
Методика испытаний
Испытания проводились в разрывной машине при температуре +150 °С. Осевое растягивающее усилие постепенно увеличивалось до разрушения одного из элементов конструкции. Таким образом, прочность соединения оценивалась сразу в условиях высокотемпературного нагружения, без охлаждения образцов.Такая методика позволяет оценить способность узла сохранять механическую прочность при воздействии высокой температуры и сравнить поведение различных вариантов конструкции при осевой нагрузке.
Результаты испытаний
Первый образец был изготовлен из фиберглассовой трубы российского производства с толщиной стенки 1,5 мм. При нагрузке 800,7 Н произошло разрушение трубы, при этом клеевое соединение сохранило целостность.
Второй образец был изготовлен из фиберглассовой трубы китайского производства с толщиной стенки 1,75 мм. Образец выдержал нагрузку 3256,7 Н, после чего произошло разрушение трубы. Разрушения клеевого соединения также не произошло.
Третий образец был изготовлен из фиберглассовой трубы китайского производства с толщиной стенки 3 мм. В отличие от предыдущих образцов, внутри трубы была размещена металлическая болванка, имитирующая элементы питания, что позволило максимально приблизить испытание к реальной конструкции батареи. При нагрузке 9477,8 Н разрушились элементы штатного крепежа. При этом труба получила деформацию, однако клеевое соединение сохранило целостность.
Инженерные выводы
Испытания показали, что при воздействии температуры +150 °С клеевое соединение сохраняет механическую прочность и остается работоспособным.
Во всех испытанных образцах разрушение происходило по другим элементам конструкции – материалу трубы или элементам штатного крепежа. Разрушения по клеевому шву зафиксировано не было.
Для оценки практического значения полученных результатов максимальные усилия, зарегистрированные при испытаниях на разрыв, были переведены в эквивалентные осевые перегрузки, которые могли бы возникнуть в батарее массой 2,5 кг при ударном воздействии.
Расчеты показали, что:
• нагрузка, при которой произошло разрушение первого образца, эквивалентна осевой ударной перегрузке около 33 G;
• нагрузка, выдержанная вторым образцом, соответствует осевой ударной перегрузке около 133 G;
• максимальная нагрузка, достигнутая при испытании третьего образца, эквивалентна осевой ударной перегрузке около 387 G.
Таким образом, чтобы в конструкции батареи возникли усилия, сопоставимые с полученными в ходе испытаний, изделие массой 2,5 кг должно испытать осевое ударное ускорение до 387 G. Даже при таком уровне нагрузки разрушения клеевого соединения не происходит – предельного состояния прежде достигают другие элементы конструкции и элементы штатного крепежа.
Полученные результаты подтверждают надежность применяемой технологии сборки и позволяют обоснованно выбирать материалы при разработке батарей для эксплуатации в сложных скважинных условиях, где воздействие высоких температур сочетается с постоянными механическими нагрузками.
