A hordozható készlet javítható UV-kezelésű üvegszálas/vinil-észterrel vagy szénszál/epoxi prepreg-rel, szobahőmérsékleten és az akkumulátorral működő kanyargós berendezéssel tárolva. #InsIdeManufacture #infrastruktúra
UV-CHURE PREPREG PATCH javítás, bár a szénszálas/epoxi prepreg javítás a Custom Technologies LLC által a mezőkompozit hídhoz egyszerűnek és gyorsnak bizonyult, az üvegszál-erősített UV-szerelhető vinil-észter-gyanták használata egy kényelmesebb rendszert fejlesztett ki - Képforrás: Custom Technologies LLC
A moduláris telepíthető hidak kritikus eszközök a katonai taktikai műveletekhez és a logisztikához, valamint a szállítási infrastruktúra helyreállításához a természeti katasztrófák során. A kompozit struktúrákat vizsgálják az ilyen hidak súlyának csökkentése érdekében, ezáltal csökkentve a szállítási járművek terhelését és az indítási helyreállítási mechanizmusokat. A fémhidakkal összehasonlítva a kompozit anyagok szintén növelhetik a teherhordó kapacitást és meghosszabbíthatják a szolgáltatási élettartamot.
Példa az Advanced Modular Composite Bridge (AMCB). A Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, USA) és a Materials Sciences LLC (Horsham, PA, USA) szénszál-erősített epoxi laminátumokat használ (1. ábra). ) Tervezés és építés). Azonban az a képesség, hogy megjavítsák az ilyen struktúrákat a területen, olyan kérdés volt, amely akadályozza a kompozit anyagok elfogadását.
1. ábra Kompozit híd, a Key Infield Asset Advanced Modular Composite Bridge -t (AMCB) a Seemann Composites LLC és a Materials Sciences LLC tervezte és építette, szénszálas erősített epoxi -gyanta kompozitok felhasználásával. Képforrás: Seeman Composites LLC (balra) és az amerikai hadsereg (jobbra).
2016-ban a Custom Technologies LLC (Millersville, MD, USA) egy amerikai hadsereg által finanszírozott kisvállalati innovációs kutatási (SBIR) 1. fázisú támogatást kapott egy javítási módszer kidolgozására, amelyet a katonák sikeresen elvégezhetnek a helyszínen. Ennek a megközelítésnek a alapján az SBIR támogatás második szakaszát 2018-ban ítélték oda, hogy új anyagokat és akkumulátorral működő berendezéseket mutasson be, még akkor is, ha a javítást egy újonc végzi előzetes képzés nélkül, a szerkezet legalább 90% -a helyreállítható nyersen. erő. A technológia megvalósíthatóságát elemzés, anyagválasztás, minta gyártási és mechanikai tesztelési feladatok, valamint kis méretű és teljes méretű javítások végzésével határozzák meg.
A két SBIR fázis fő kutatója Michael Bergen, a Custom Technologies LLC alapítója és elnöke. Bergen visszavonult a Carderockból, a Tengerészeti Felszíni Háborús Központból (NSWC), és 27 évig szolgált a Struktúrák és Anyagok Osztályán, ahol a kompozit technológiák fejlesztését és alkalmazását irányította az Egyesült Államok haditengerészetének flottájában. Dr. Roger Crane 2015 -ben csatlakozott az egyedi technológiákhoz, miután 2011 -ben visszavonult az Egyesült Államok Haditengerészetéből, és 32 éve szolgált. Kompozit anyagi szakértelme magában foglalja a műszaki publikációkat és a szabadalmakat, olyan témákat tartalmaz, mint az új kompozit anyagok, a prototípus gyártása, a csatlakozási módszerek, a multifunkcionális kompozit anyagok, a szerkezeti egészségfigyelés és a kompozit anyagok helyreállítása.
A két szakértő kifejlesztett egy egyedi eljárást, amely kompozit anyagokat használ a Ticonderoga CG-47 osztályú irányított rakéta 5456-os alumínium-felépítményének repedéseinek javítására. „A folyamatot a repedések növekedésének csökkentésére és gazdasági alternatívaként szolgálták ki. A 2-4 millió dolláros platformtáblát cserélve ” - mondta Bergen. „Tehát bebizonyítottuk, hogy tudjuk, hogyan kell javítani a laboratóriumon kívül és valódi szolgáltatási környezetben. A kihívás azonban az, hogy a jelenlegi katonai eszköz módszerek nem túl sikeresek. Az opció kötött duplex javítás [alapvetően a sérült területeken ragasztja be a táblát a tetejére], vagy távolítsa el az eszközt a Warehouse-szintű (D-szintű) javítások szolgáltatásából. Mivel a D-szintű javítások szükségesek, sok eszközt félrehúznak. ”
Folytatta, hogy szükség van egy olyan módszerre, amelyet a katonák elvégezhetnek, és nincs tapasztalat a kompozit anyagokban, csak készletek és karbantartási kézikönyvek felhasználásával. Célunk az, hogy a folyamat egyszerűvé tegyen: olvassa el a kézikönyvet, értékelje a károkat és hajtsa végre a javításokat. Nem akarjuk keverni a folyékony gyantákat, mivel ehhez pontos mérést igényel a teljes gyógymód biztosítása érdekében. Szükségünk van egy olyan rendszerre is, amelyben a javítás befejezése után veszélyes hulladék nélkül van. És olyan készletként kell csomagolni, amelyet a meglévő hálózat telepíthet. "
Az egyik megoldás, amelyet az egyedi technológiák sikeresen bemutatnak, egy hordozható készlet, amely egy edzett epoxi -ragasztót használ a ragasztó kompozit javítás testreszabásához a sérülés méretének megfelelően (akár 12 négyzet hüvelyk). A demonstrációt egy 3 hüvelykes vastag AMCB-fedélzetet képviselő kompozit anyagon készítették el. A kompozit anyagnak 3 hüvelykes vastag balsa fa magja van (15 font/köbméter sűrűség) és két réteg vektorply (Phoenix, Arizona, USA) C -LT 1100 szénszál 0 °/90 ° Biaxiális varrott szövet, egy réteg egy réteg C-TLX 1900 szénszál 0 °/+45 °/-45 ° Három tengely és két réteg C-LT 1100, összesen öt réteg. "Úgy döntöttünk, hogy a készlet előre gyártott foltokat fog használni egy kvázi-izotrop laminátumban, hasonlóan a multifishez, így a szövet iránya nem jelent problémát"-mondta Crane.
A következő kiadás a laminált javításhoz használt gyanta mátrix. A folyékony gyanta keverésének elkerülése érdekében a javítás a PrePreg -et fogja használni. "Ezek a kihívások azonban a tárolás" - magyarázta Bergen. A tárolható javítás megoldásának fejlesztése érdekében a Custom Technologies együttműködött a Sunrez Corp. -vel (El Cajon, Kalifornia, USA) egy üvegszál/vinil -észter prepreg kifejlesztése érdekében, amely hat perces fénykérés során használhatja az Ultraviolet Light (UV). Együttműködött a Gougeon Brothers -szel (Bay City, Michigan, USA), amely egy új rugalmas epoxi film használatát javasolta.
A korai tanulmányok kimutatták, hogy az epoxi-gyanta a legmegfelelőbb gyanta a szénszálas prepregs-ur-kolált vinil-észterhez és az áttetsző üvegszálban jól működik, de nem gyógyítson meg könnyű blokkoló szénszál alatt. A Gougeon Brothers új filmje alapján a végső epoxi-prepreg 1 órán át 210 ° F/99 ° C-on gyógyul, és szobahőmérsékleten hosszú eltarthatósági idővel rendelkezik, és nincs szükség alacsony hőmérsékleti tárolásra. Bergen elmondta, hogy ha magasabb üvegátmeneti hőmérsékletre (TG) van szükség, akkor a gyanta magasabb hőmérsékleten is gyógyul, például 350 ° F/177 ° C -on. Mindkét prepreg egy hordozható javítókészletben található, mint egy műanyag fóliával borítékban lezárt Prepreg foltok halma.
Mivel a javító készlet hosszú ideig tárolható, az egyéni technológiákra szükség van az eltarthatósági tanulmányok elvégzéséhez. "Négy kemény műanyag házat vásároltunk - egy tipikus katonai típusú, amelyet a szállítási berendezésekben használnak -, és az epoxi -ragasztó és a vinil -észter prepreg mintáit minden egyes házba helyeztük" - mondta Bergen. A dobozokat ezután négy különböző helyszínen helyezték el a tesztelés céljából: a Michigan -i Gougeon Brothers gyár teteje, a Maryland repülőtér tetője, a Yucca -völgy (Kaliforniai sivatag) kültéri létesítménye és a dél -floridai kültéri korróziós tesztelő laboratórium. Bergen rámutat: „Az összes esetben van adatnapló:„ Adatokat és anyagmintákat veszünk háromhavonta. A floridai és kaliforniai dobozokban rögzített maximális hőmérséklet 140 ° F, ami jó a legtöbb restaurációs gyantához. Ez egy igazi kihívás. ” Ezenkívül a Gougeon Brothers belsőleg tesztelte az újonnan kifejlesztett tiszta epoxi gyantát. "A minták, amelyeket egy kemencében több hónapig 120 ° F -on helyeztek el, polimerizálódni kezdenek" - mondta Bergen. "A 110 ° F -on tartott megfelelő minták esetében azonban a gyanta kémia csak kis mennyiséggel javult."
A javítást a tesztlapon és az AMCB ezen skálájú modelljén ellenőrizték, amely ugyanazt a laminált és mag anyagot használt, mint a Seemann Composites által épített eredeti híd. Képforrás: Custom Technologies LLC
A javítási technika bemutatása érdekében egy reprezentatív laminátumot kell gyártani, megsérülni és javítani. "A projekt első szakaszában kezdetben kisméretű 4 x 48 hüvelykes gerendákat és négypontos hajlítási teszteket használtunk a javítási folyamat megvalósíthatóságának értékelésére"-mondta Klein. „Ezután a projekt második szakaszában 12 x 48 hüvelykes panelre váltottunk, és alkalmazottunk egy biaxiális stresszállapot előállításához, hogy meghibásodjunk, majd kiértékeljük a javítási teljesítményt. A második szakaszban befejeztük az AMCB modellt is, amelyet karbantartunk. ”
Bergen elmondta, hogy a javítási teljesítmény bizonyításához használt tesztpanel ugyanolyan laminátumok és alapanyagok vonalának felhasználásával készült, mint a Seemann Composites által gyártott AMCB, de a panel vastagságát 0,375 hüvelykről 0,175 hüvelykre csökkentettük, a párhuzamos tengelytétel alapján. - Ez a helyzet. A módszert, a sugárelmélet és a klasszikus laminált elmélet [CLT] kiegészítő elemeivel együtt, a teljes méretű AMCB tehetetlenségi momentumának és hatékony merevségének összekapcsolására használtuk egy kisebb méretű demo termékkel, amelyet könnyebben lehet kezelni és még sok más költséghatékony. Ezután mi a véges elem -elemzés [FEA] modellt, amelyet az XCRACT Inc. (Boston, Massachusetts, USA) fejlesztett ki, a szerkezeti javítások tervezésének javítására használtuk. ” A tesztpanelekhez használt szénszálas szövetet és az AMCB modellt a Vectorply -től vásároltuk, és a balsa magot magkompozitok (Bristol, RI, USA) készítették.
1. lépés. Ez a tesztpanel 3 hüvelykes átmérőjű átmérőjű, hogy szimulálja a közepén megjelölt károkat és javítsa a kerületet. Fotóforrás minden lépéshez: Custom Technologies LLC.
2. lépés. Használjon egy akkumulátorral működő kézi darálót a sérült anyag eltávolításához, és a javító javítást 12: 1-es kúpossággal zárja be.
"Szeretnénk szimulálni egy magasabb fokú károkat a teszt táblán, mint amennyit a mező hídfedélében láthatunk" - magyarázta Bergen. „Tehát módszerünk egy lyukfűrész használata egy 3 hüvelykes átmérőjű lyuk készítéséhez. Ezután kihúzzuk a sérült anyag dugóját, és egy kézi pneumatikus darálót használunk egy 12: 1-es sál feldolgozásához. ”
Crane kifejtette, hogy a szénszálak/epoxi javításhoz, miután a „sérült” panel anyagot eltávolították, és megfelelő sálat alkalmaznak, a Prepreg -et szélességre és hosszra vágják, hogy megfeleljenek a sérült terület kúpjának. „A tesztpanelünkhöz ehhez négy rétegre van szükség a PrePreg -re, hogy a javító anyag összhangban maradjon az eredeti sértetlen szénpanel tetejével. Ezután a három borító szén/epoxi prepregréteg erre a javított részre koncentrálódik. Minden egymást követő réteg 1 hüvelykre kiterjed az alsó réteg minden oldalán, ami fokozatos terhelésátadást biztosít a „jó” körülményektől a javított területre. ” A javítási javítási terület előkészítésének teljes végrehajtásának teljes ideje, a restaurációs anyag vágása és elhelyezése, valamint a kikeményedési eljárás alkalmazása-egy 2,5 óra.
A szénszál/epoxi prepreg esetében a javítási terület vákuumcsomagolva van, és 210 ° F/99 ° C-on egy órán át egy akkumulátorral működő termikus bonder segítségével gyógyítható.
Noha a szén/epoxi javítás egyszerű és gyors, a csapat felismerte, hogy szükség van egy kényelmesebb megoldásra a teljesítmény helyreállításához. Ez az ultraibolya (UV) prepregok feltárásához vezetett. „A Sunrez vinil -észter gyanták iránti érdeklődés a társaság alapítójának, Mark Livesay -nál való korábbi haditengerészeti tapasztalatokon alapul” - magyarázta Bergen. „Először egy kvázi-izotróp üvegszövet-et biztosítottunk a Sunrez-nek, a vinil-észter prepreg segítségével, és különféle körülmények között értékeltük a gyógyító görbét. Ezen túlmenően, mivel tudjuk, hogy a vinil -észter gyanta nem olyan, mint az epoxi gyanta, amely megfelelő másodlagos adhéziós teljesítményt nyújt, ezért további erőfeszítésekre van szükség a különféle ragasztó réteg -kapcsolószerek kiértékeléséhez és annak meghatározásához, hogy melyik az alkalmazásra. ”
Egy másik probléma az, hogy az üvegszálak nem tudnak ugyanolyan mechanikai tulajdonságokat biztosítani, mint a szénszálak. "A szén/epoxi tapaszhoz képest ezt a problémát egy extra üveg/vinil -észter felhasználásával oldják meg" - mondta Crane. "Ennek oka csak egy további rétegre van szükség, hogy az üveg anyag nehezebb szövet." Ez egy megfelelő javítást eredményez, amelyet hat percen belül alkalmazhat és kombinálhat még nagyon hideg/fagyos mezőhőmérsékleten is. Keményítés hő nélkül. Crane rámutatott, hogy ez a javítási munkák egy órán belül befejeződhetnek.
Mindkét javítórendszert kimutatták és tesztelték. Minden javítás esetén a sérült területet meg kell jelölni (1. lépés), amelyet egy lyukfűrészel készítenek, majd egy akkumulátorral működtetett kézi darálóval távolítják el (2. lépés). Ezután vágja le a javított területet egy 12: 1 -es kúposra. Tisztítsa meg a sál felületét alkoholpaddal (3. lépés). Ezután vágja le a javító tapaszt egy bizonyos méretre, tegye a tisztított felületre (4. lépés), és egy hengerrel konszolidálja a légbuborékok eltávolításához. Üvegszál/UV-cing-cing vinil-észter prepreg esetén helyezze a felszabadító réteget a javított területre, és hat percig gyógyítsd meg a tapaszt vezeték nélküli UV lámpával (5. lépés). A szénszálas/epoxi prepreghez használjon egy előre programozott, egygombos, akkumulátorral működő termikus bontót a vákuumcsomagoláshoz és a javított terület gyógyításához 210 ° F/99 ° C-on egy órán keresztül.
5. lépés. Miután a hámozó réteget a javított területre helyezte, használjon egy vezeték nélküli UV -lámpát a javítás gyógyításához 6 percig.
"Ezután teszteket végeztünk a tapasz tapadóképességének és annak képességének felmérésére, hogy helyreállítsuk a szerkezet terhelés-hordozó képességét"-mondta Bergen. „Az első szakaszban be kell bizonyítanunk az alkalmazás egyszerűségét és az erő legalább 75% -ának visszatérítését. Ezt négypontos hajlítással hajtják végre egy 4 x 48 hüvelykes szénszál/epoxi-gyanta és balsa mag Beam-on a szimulált sérülés kijavítása után. Igen. A projekt második fázisa 12 x 48 hüvelykes panelt használt, és több mint 90% -os szilárdsági követelményt kell mutatnia komplex feszültségterhelések alatt. Mindezeket a követelményeket teljesítettük, majd fényképeztük az AMCB modell javítási módszereit. Hogyan lehet használni a mező technológiáját és berendezéseit vizuális referencia biztosításához. ”
A projekt egyik legfontosabb szempontja annak bizonyítása, hogy a kezdők könnyen elvégezhetik a javítást. Ezért Bergennek volt egy ötlete: „Megígértem, hogy demonstrálom a hadsereg két műszaki kapcsolatát: Dr. Bernard Sia és Ashley Genna. A projekt első szakaszának utolsó áttekintésében nem javítást kértem. Tapasztalt Ashley elvégezte a javítást. Az általunk biztosított készlet és kézikönyv segítségével felhordta a javítást, és problémák nélkül befejezte a javítást. ”
2. ábra Az akkumulátorral működtetett kikeményedés előre programozott, akkumulátorral működtetett hőtalkológép gyógyíthatja a szénszálak/epoxi javító javítást egy gombnyomással, anélkül, hogy javítási ismeretek vagy kikeményedési ciklus-programozás szükséges. Képforrás: Custom Technologies, LLC
Egy másik kulcsfontosságú fejlesztés az akkumulátorral működtetett kikeményítő rendszer (2. ábra). „A mező karbantartása révén csak akkumulátorral rendelkezik” - mutatott rá Bergen. "A javító készletben kifejlesztett összes feldolgozó berendezés vezeték nélküli." Ez magában foglalja az akkumulátorral működtetett hőkötéseket, amelyeket a Wichitech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, USA) gépi, a Wichitech Industries Inc. (Randallstown, USA) gépe közösen fejlesztett ki. "Ezt az akkumulátorral működő termikus bontót előre beprogramozták a teljes kikeményedéshez, tehát a kezdőknek nem kell programozniuk a kikeményedési ciklust"-mondta Crane. "Csak egy gombot kell megnyomniuk a megfelelő rámpák és áztatás befejezéséhez." A jelenleg használt akkumulátorok egy évig tarthatnak, mielőtt újratölteni kell.
A projekt második szakaszának befejezésével a Custom Technologies nyomon követési javítási javaslatokat készít, valamint érdeklődésre és támogatási leveleket gyűjt. "Célunk az, hogy ezt a technológiát a TRL 8 -hoz érezzük, és a mezőre hozzuk" - mondta Bergen. "Látjuk a nem katonai alkalmazások lehetőségét is."
Elmagyarázza az ipar első szálas megerősítése mögött meghúzódó régi művészetet, és alaposan megérti az új rosttudományt és a jövőbeli fejlődést.
Hamarosan és először repülnek, a 787 az összetett anyagok és folyamatok innovációira támaszkodik, hogy elérje céljait
A postai idő: szeptember-02-2021