Nešiojamąjį rinkinį galima taisyti naudojant UV spinduliuose kietėjantį stiklo pluoštą / vinilo esterią arba anglies pluoštą / epoksidinį prepregą, laikomą kambario temperatūroje ir baterijomis maitinamą kietinimo įrangą. #vidujegamyba #infrastruktūra
UV spinduliuose kietėjančio preprego pleistrų taisymas Nors „Custom Technologies LLC“ sukurtas anglies pluošto / epoksidinio preprego remontas, skirtas vidinio kompozito tiltui, pasirodė esąs paprastas ir greitas, naudojant stiklo pluoštu sustiprintą UV spinduliu kietėjančią vinilo esterio dervą Prepreg sukūrė patogesnę sistemą. . Vaizdo šaltinis: Custom Technologies LLC
Moduliniai dislokuojami tiltai yra labai svarbus karinių taktinių operacijų ir logistikos turtas, taip pat transporto infrastruktūros atkūrimas stichinių nelaimių metu. Tiriamos kompozicinės konstrukcijos, siekiant sumažinti tokių tiltų svorį, taip sumažinant transporto priemonių ir paleidimo-atkūrimo mechanizmų naštą. Palyginti su metaliniais tiltais, kompozitinės medžiagos taip pat gali padidinti laikomąją galią ir pailginti tarnavimo laiką.
Pažangus modulinis kompozitinis tiltas (AMCB) yra pavyzdys. Seemann Composites LLC (Gulfport, Misisipė, JAV) ir Materials Sciences LLC (Horsham, PA, JAV) naudoja anglies pluoštu sustiprintus epoksidinius laminatus (1 pav.). ) Projektavimas ir statyba). Tačiau galimybė taisyti tokias konstrukcijas buvo problema, kuri trukdo naudoti kompozicines medžiagas.
1 pav. Kompozitinis tiltas, pagrindinis lauko turtas Pažangų modulinį kompozitinį tiltą (AMCB) suprojektavo ir sukonstravo Seemann Composites LLC ir Materials Sciences LLC, naudodamos anglies pluoštu sustiprintus epoksidinės dervos kompozitus. Vaizdo šaltinis: Seeman Composites LLC (kairėje) ir JAV armija (dešinėje).
2016 m. Custom Technologies LLC (Millersville, MD, JAV) gavo JAV kariuomenės finansuojamą Smulkaus verslo inovacijų tyrimų (SBIR) 1 etapo dotaciją, skirtą sukurti remonto metodą, kurį kariai galėtų sėkmingai atlikti vietoje. Remiantis šiuo metodu, antrasis SBIR dotacijos etapas buvo suteiktas 2018 m., siekiant parodyti naujas medžiagas ir baterijomis maitinamą įrangą, net jei lopą atlieka naujokas be išankstinio mokymo, 90% ar daugiau konstrukcijos gali būti atkurta neapdorota. stiprumo. Technologijos įgyvendinamumas nustatomas atliekant eilę analizės, medžiagų parinkimo, bandinių gamybos ir mechaninio bandymo užduočių bei smulkaus ir pilno masto remonto.
Pagrindinis dviejų SBIR etapų tyrėjas yra Michaelas Bergenas, Custom Technologies LLC įkūrėjas ir prezidentas. Bergenas pasitraukė iš Karderoko iš Naval Surface Warfare Center (NSWC) ir 27 metus tarnavo konstrukcijų ir medžiagų departamente, kur vadovavo kompozicinių technologijų kūrimui ir taikymui JAV karinio jūrų laivyno flotile. Dr. Rogeris Crane'as prie „Custom Technologies“ prisijungė 2015 m., kai pasitraukė iš JAV karinio jūrų laivyno 2011 m., ir išdirbo 32 metus. Jo kompozitinių medžiagų patirtis apima techninius leidinius ir patentus, apimančius tokias temas kaip naujos kompozitinės medžiagos, prototipų gamyba, sujungimo metodai, daugiafunkcinės kompozitinės medžiagos, konstrukcijų būklės stebėjimas ir kompozicinių medžiagų restauravimas.
Abu ekspertai sukūrė unikalų procesą, kuriame naudojamos kompozitinės medžiagos aliumininio antstato Ticonderoga CG-47 klasės valdomų raketų kreiserio 5456 įtrūkimams taisyti. „Procesas buvo sukurtas siekiant sumažinti įtrūkimų augimą ir būti ekonomiška alternatyva. iki platformos plokštės pakeitimo už 2–4 milijonus dolerių“, – sakė Bergenas. „Taigi įrodėme, kad mokame atlikti remontą ne laboratorijoje ir tikroje aptarnavimo aplinkoje. Tačiau iššūkis yra tas, kad dabartiniai karinio turto metodai nėra labai sėkmingi. Pasirinkimas yra sujungtas dvipusis remontas [pagrinde pažeistose vietose. Priklijuokite lentą prie viršaus] arba pašalinkite turtą iš sandėlio (D lygio) remonto. Kadangi reikalingas D lygio remontas, daug turto atidedama į šalį.
Jis tęsė, kad reikalingas metodas, kurį galėtų atlikti kareiviai, neturintys patirties su kompozitinėmis medžiagomis, naudojant tik rinkinius ir priežiūros vadovus. Mūsų tikslas – supaprastinti procesą: perskaityti vadovą, įvertinti žalą ir atlikti remontą. Nenorime maišyti skystų dervų, nes tam reikia tiksliai išmatuoti, kad būtų užtikrintas visiškas sukietėjimas. Mums taip pat reikia sistemos, kurioje po remonto nebūtų pavojingų atliekų. Ir jis turi būti supakuotas kaip rinkinys, kurį gali įdiegti esamas tinklas. “
Vienas iš sprendimų, kurį sėkmingai pademonstravo „Custom Technologies“, yra nešiojamasis rinkinys, kuriame naudojami grūdinti epoksidiniai klijai, kad klijų kompozicinis pleistras būtų pritaikytas pagal pažeidimo dydį (iki 12 kvadratinių colių). Demonstracija buvo baigta naudojant kompozicinę medžiagą, vaizduojančią 3 colių storio AMCB denį. Kompozitinėje medžiagoje yra 3 colių storio balzos medienos šerdis (15 svarų kubinės pėdos tankis) ir du sluoksniai Vectorply (Phoenix, Arizona, JAV) C -LT 1100 anglies pluošto 0°/90° dviašį susiūtą audinį, vienas sluoksnis C-TLX 1900 anglies pluoštas 0°/+45°/-45° trys velenai ir du sluoksniai C-LT 1100, iš viso penki sluoksniai. „Nusprendėme, kad rinkinyje bus naudojami iš anksto pagaminti pleistrai iš beveik izotropinio laminato, panašaus į daugiaašį, kad audinio kryptis nebūtų problema“, - sakė Crane'as.
Kitas klausimas yra dervos matrica, naudojama laminato taisymui. Kad nesusimaišytų skysta derva, pleistrui bus naudojamas prepregas. „Tačiau šie iššūkiai yra saugojimas“, - paaiškino Bergenas. Siekdama sukurti sandėliuojamą pleistro sprendimą, „Custom Technologies“ bendradarbiauja su „Sunrez Corp.“ (El Cajon, Kalifornija, JAV), kad sukurtų stiklo pluošto / vinilo esterio prepregą, kuris gali naudoti ultravioletinę šviesą (UV) per šešias minutes. Ji taip pat bendradarbiavo su „Gougeon Brothers“ (Bay City, Mičiganas, JAV), kuri pasiūlė naudoti naują lanksčią epoksidinę plėvelę.
Ankstyvieji tyrimai parodė, kad epoksidinė derva yra tinkamiausia derva anglies pluošto prepregams – UV kietėjantis vinilo esteris ir permatomas stiklo pluoštas gerai veikia, bet nesukietėja po šviesą blokuojančiu anglies pluoštu. Remiantis nauja Gougeon Brothers plėvele, galutinis epoksidinis prepregas kietinamas 1 valandą 210 °F/99 °C temperatūroje ir ilgai galioja kambario temperatūroje – nereikia laikyti žemoje temperatūroje. Bergenas teigė, kad jei reikalinga aukštesnė stiklėjimo temperatūra (Tg), derva taip pat bus kietinama aukštesnėje temperatūroje, pvz., 350 ° F / 177 ° C. Abu prepregai pateikiami nešiojamame remonto rinkinyje kaip krūva prepreg pleistrų, užklijuotų plastikinės plėvelės voke.
Kadangi remonto rinkinys gali būti saugomas ilgą laiką, Custom Technologies turi atlikti galiojimo laiko tyrimą. „Įsigijome keturis kieto plastiko korpusus – tipišką karinį tipą, naudojamą transportavimo įrangoje – ir į kiekvieną gaubtą įdėjome epoksidinių klijų ir vinilo esterio preprego pavyzdžius“, – sakė Bergenas. Tada dėžės buvo patalpintos į keturias skirtingas bandymų vietas: Gougeon Brothers gamyklos Mičigane stogą, Merilendo oro uosto stogą, lauko įrenginį Jukos slėnyje (Kalifornijos dykuma) ir lauko korozijos bandymų laboratoriją pietų Floridoje. Visi atvejai turi duomenų kaupiklius, pažymi Bergenas: „Duomenų ir medžiagų pavyzdžius įvertinimui imame kas tris mėnesius. Didžiausia Floridos ir Kalifornijos dėžėse užfiksuota temperatūra yra 140 °F, o tai tinka daugumai restauravimo dervų. Tai tikras iššūkis.“ Be to, Gougeon Brothers viduje išbandė naujai sukurtą gryną epoksidinę dervą. "Mėginiai, kurie keletą mėnesių buvo dedami į orkaitę 120 ° F temperatūroje, pradeda polimerizuotis", - sakė Bergenas. "Tačiau atitinkamų mėginių, laikomų 110 ° F temperatūroje, dervos chemija pagerėjo tik nedideliu kiekiu."
Remontas buvo patikrintas bandomojoje lentoje ir šio mastelio AMCB modelyje, kuriame buvo naudojama ta pati laminatas ir šerdies medžiaga kaip ir originaliame „Seemann Composites“ pastatytame tilte. Vaizdo šaltinis: Custom Technologies LLC
Norint pademonstruoti remonto techniką, turi būti pagamintas, sugadintas ir suremontuotas reprezentacinis laminatas. „Pirmajame projekto etape iš pradžių naudojome nedidelio masto 4 x 48 colių sijas ir keturių taškų lenkimo bandymus, kad įvertintume mūsų remonto proceso pagrįstumą“, - sakė Kleinas. „Tada antrajame projekto etape perėjome prie 12 x 48 colių plokščių, taikėme apkrovas, kad sukurtume dviašį įtempį, kuris sukeltų gedimą, tada įvertinome remonto našumą. Antrajame etape taip pat užbaigėme AMCB modelį, kurį sukūrėme „Maintenance“.
Bergenas teigė, kad bandomoji plokštė, naudojama remonto veiksmingumui įrodyti, buvo pagaminta naudojant tą pačią laminatų ir šerdies medžiagų liniją, kaip ir AMCB, kurią gamina „Seemann Composites“, „tačiau mes sumažinome plokštės storį nuo 0,375 colio iki 0,175 colio, remdamiesi lygiagrečios ašies teorema. . Taip yra. Metodas, kartu su papildomais pluošto teorijos ir klasikinės laminato teorijos elementais [CLT], buvo panaudotas siekiant susieti inercijos momentą ir efektyvųjį visos apimties AMCB standumą su mažesnio dydžio demonstraciniu gaminiu, kurį lengviau valdyti ir daugiau. ekonomiškai efektyvus. Tada mes „XCraft Inc.“ (Bostonas, Masačusetsas, JAV) sukurtas baigtinių elementų analizės [FEA] modelis buvo naudojamas konstrukcijų remonto projektavimui tobulinti. Bandymo plokštėms ir AMCB modeliui naudotas anglies pluošto audinys buvo įsigytas iš Vectorply, o balsa šerdį pagamino Core Composites (Bristolis, RI, JAV).
1 veiksmas. Šiame bandymo skydelyje rodomas 3 colių skylės skersmuo, kad imituotų centre pažymėtus pažeidimus ir pataisytų perimetrą. Visų žingsnių nuotraukų šaltinis: Custom Technologies LLC.
2 veiksmas. Baterija maitinamu rankiniu šlifuokliu pašalinkite pažeistą medžiagą ir užklijuokite remonto pleistrą 12:1 kūgiu.
„Mes norime imituoti didesnį bandymo lentos pažeidimą, nei būtų galima matyti ant tilto denio lauke“, – paaiškino Bergenas. „Taigi mūsų metodas yra naudoti skylių pjūklą, kad padarytume 3 colių skersmens skylę. Tada ištraukiame pažeistos medžiagos kištuką ir rankiniu pneumatiniu šlifuokliu apdorojame 12:1 šaliką.
Crane paaiškino, kad taisant anglies pluoštą / epoksidinę dervą, pašalinus „pažeistą“ plokštės medžiagą ir užtepus atitinkamą šaliką, prepregas bus supjaustytas iki pločio ir ilgio, kad jis atitiktų pažeistos vietos kūgį. „Mūsų bandomajam skydui tam reikia keturių sluoksnių preprego, kad taisymo medžiaga atitiktų originalios nepažeistos anglies plokštės viršų. Po to trys dengiamieji anglies/epoksidinio preprego sluoksniai yra sukoncentruoti ant šio Ant remontuojamos dalies. Kiekvienas paskesnis sluoksnis tęsiasi 1 coliu iš visų apatinio sluoksnio pusių, o tai užtikrina laipsnišką apkrovos perkėlimą iš „geros“ aplinkinės medžiagos į remontuojamą sritį. Bendras šio remonto atlikimo laikas, įskaitant remonto ploto paruošimą, restauracinės medžiagos pjovimą ir uždėjimą bei kietėjimo procedūrą – apie 2,5 val.
Anglies pluošto / epoksidinio preprego remonto vieta yra supakuota vakuume ir vieną valandą kietinama 210 °F/99 °C temperatūroje naudojant baterijomis maitinamą terminį rišiklį.
Nors anglies / epoksidinės dervos taisymas yra paprastas ir greitas, komanda pripažino, kad reikia patogesnio sprendimo našumui atkurti. Tai paskatino ultravioletinių (UV) kietėjimo prepregų tyrimą. „Susidomėjimas Sunrez vinilo esterio dervomis grindžiamas ankstesne įmonės įkūrėjo Marko Livesay laivyno patirtimi“, – paaiškino Bergenas. „Pirmiausia „Sunrez“ pateikėme kvaziizotropinį stiklo audinį, naudodami vinilo esterio prepregą, ir įvertinome kietėjimo kreivę skirtingomis sąlygomis. Be to, kadangi žinome, kad vinilo esterio derva nėra panaši į epoksidinę dervą, kuri užtikrina tinkamą antrinį sukibimą, todėl reikia dėti papildomas pastangas norint įvertinti įvairias lipniojo sluoksnio jungiamąsias medžiagas ir nustatyti, kuri iš jų yra tinkama naudoti.
Kita problema yra ta, kad stiklo pluoštas negali užtikrinti tų pačių mechaninių savybių kaip anglies pluoštas. „Palyginti su anglies / epoksidinės dervos pleistru, ši problema išspręsta naudojant papildomą stiklo / vinilo esterio sluoksnį“, - sakė Crane'as. „Priežastis, kodėl reikalingas tik vienas papildomas sluoksnis, yra ta, kad stiklo medžiaga yra sunkesnis audinys. Taip gaunamas tinkamas pleistras, kurį galima užklijuoti ir sujungti per šešias minutes net esant labai šaltai/šaltai lauko temperatūrai. Kietėja nesuteikiant šilumos. Kranas atkreipė dėmesį, kad šiuos remonto darbus galima atlikti per valandą.
Abi pataisų sistemos buvo pademonstruotos ir išbandytos. Atliekant kiekvieną remontą, pažeista vieta pažymima (1 veiksmas), sukuriama skylių pjūklu ir pašalinama naudojant akumuliatorių maitinamą rankinį šlifuoklį (2 veiksmas). Tada supjaustykite taisytą plotą 12:1 kūgiu. Šaliko paviršių nuvalykite alkoholiu suvilgytu tamponu (3 veiksmas). Tada nupjaukite taisomąjį pleistrą iki tam tikro dydžio, padėkite jį ant nuvalyto paviršiaus (4 veiksmas) ir sutvirtinkite voleliu, kad pašalintumėte oro burbuliukus. Stiklo pluošto / UV kietėjimo vinilo esterio prepregui, tada uždėkite atpalaiduojamąjį sluoksnį ant pataisytos vietos ir šešias minutes kietinkite pleistrą belaide UV lempa (5 veiksmas). Anglies pluošto / epoksidinio paruošimo atveju naudokite iš anksto užprogramuotą, vieno mygtuko, baterijomis maitinamą terminį rišiklį, kad išsiurbtumėte ir vieną valandą išdžiovintumėte suremontuotą vietą 210 °F/99 °C temperatūroje.
5 veiksmas. Uždėję nulupamą sluoksnį ant pataisytos vietos, naudokite belaidę UV lempą, kad pleistras sukietėtų 6 minutes.
„Tada atlikome bandymus, kad įvertintume pleistro lipnumą ir gebėjimą atkurti konstrukcijos laikomąją galią“, – sakė Bergenas. „Pirmame etape turime įrodyti naudojimo paprastumą ir gebėjimą atgauti bent 75% jėgos. Tai atliekama keturiais taškais lenkiant 4 x 48 colių anglies pluošto / epoksidinės dervos ir balsa šerdies pluoštą, pašalinus imituojamą žalą. Taip. Antrajame projekto etape buvo naudojama 12 x 48 colių plokštė, kuri turi atitikti daugiau nei 90 % stiprumo reikalavimus esant sudėtingoms tempimo apkrovoms. Mes atitikome visus šiuos reikalavimus, o tada nufotografavome AMCB modelio remonto būdus. Kaip naudoti lauko technologiją ir įrangą, kad būtų pateikta vaizdinė nuoroda.
Pagrindinis projekto aspektas – įrodyti, kad naujokai gali lengvai užbaigti remontą. Dėl šios priežasties Bergenui kilo mintis: „Pažadėjau pademonstruoti mūsų dviem techniniams kontaktams armijoje: daktarui Bernardui Siai ir Ashley Gennai. Galutinėje pirmojo projekto etapo apžvalgoje paprašiau neremontuoti. Remontą atliko patyrusi Ashley. Naudodama mūsų pateiktą rinkinį ir vadovą, ji užklijavo pleistrą ir baigė remontą be jokių problemų.
2 pav. Baterija maitinamas kietinimo iš anksto užprogramuotas, baterijomis maitinamas terminio sujungimo aparatas gali sutvirtinti anglies pluošto / epoksidinės dervos taisymo pleistrą vienu mygtuko paspaudimu, nereikalaujant remonto žinių ar kietėjimo ciklo programavimo. Vaizdo šaltinis: Custom Technologies, LLC
Kitas svarbus patobulinimas yra baterijomis maitinama kietinimo sistema (2 pav.). „Atliekant techninę priežiūrą vietoje, jūs turite tik akumuliatoriaus energiją“, - pažymėjo Bergenas. „Visa mūsų sukurtame remonto komplekte esanti proceso įranga yra belaidė. Tai apima baterijomis maitinamą terminį sujungimą, kurį kartu sukūrė „Custom Technologies“ ir terminio sujungimo mašinų tiekėjo „WichiTech Industries Inc.“ (Randallstaunas, Merilandas, JAV) mašina. „Šis baterijomis maitinamas terminis rišiklis yra iš anksto užprogramuotas užbaigti kietėjimą, todėl naujokams nereikia programuoti kietėjimo ciklo“, - sakė Crane'as. „Jiems tereikia paspausti mygtuką, kad užbaigtų tinkamą rampą ir mirktų. Šiuo metu naudojamos baterijos gali veikti metus, kol jas reikės įkrauti.
Pasibaigus antrajam projekto etapui, Custom Technologies rengia tolesnius tobulinimo pasiūlymus ir renka susidomėjimo ir palaikymo laiškus. „Mūsų tikslas yra subrandinti šią technologiją iki TRL 8 ir pristatyti ją į lauką“, - sakė Bergenas. „Mes taip pat matome nekarinių pritaikymų potencialą.
Paaiškina seną meną, susijusį su pirmuoju pramonėje pluošto sutvirtinimu, ir turi nuodugnų supratimą apie naujo pluošto mokslą ir būsimą plėtrą.
Netrukus pasirodysiantis ir pirmą kartą skraidantis 787, siekdamas savo tikslų, remiasi kompozicinių medžiagų ir procesų naujovėmis.
Paskelbimo laikas: 2021-02-02