Партатыўны камплект можна адрамантаваць з дапамогай ультрафіялетавага са шкловалакна/вінілавага эфіру або вугляроднага валакна/эпаксіднага папярэдняга прэпарата, які захоўваецца пры пакаёвай тэмпературы і абсталяванні для лячэння акумулятара. #insidemanufacture #infrastruct
Ультрафіялетавы рамонт патча Prepreg Хоць вугляродныя валакна/эпаксідны рамонт Prepreg, распрацаваны кампаніяй Custom Technologies LLC для кампазітнага моста на прысядзібным участку, аказалася простым і хуткім, выкарыстанне шкла, узмоцненага ўльтрафіялетавага вінілавага эфіру, распрацавала больш зручную сістэму . Крыніца выявы: Карыстальніцкія тэхналогіі ТАА
Модульныя разгортваюцца масты з'яўляюцца найважнейшымі актывамі для ваенных тактычных аперацый і лагістыкі, а таксама аднаўленне транспартнай інфраструктуры падчас стыхійных бедстваў. Кампазітныя структуры вывучаюцца для зніжэння вагі такіх мастоў, тым самым зніжаючы нагрузку на транспартныя сродкі і механізмы аднаўлення запуску. У параўнанні з металічнымі мастамі, кампазітныя матэрыялы таксама маюць патэнцыял для павелічэння магутнасці нагрузкі і пашырэння тэрміну службы.
Прыклад пашыранага модульнага кампазітнага моста (AMCB). ТАА Seemann Composites (Gulfport, Mississippi, ЗША) і матэрыялы Sciences LLC (Horsham, PA, ЗША) выкарыстоўваюць эпаксідныя ламінаты, узмоцненыя вугляроднымі валокнамі (мал. 1). ) Дызайн і будаўніцтва). Аднак здольнасць адрамантаваць такія структуры ў гэтай галіне была праблемай, якая перашкаджае прыняццю кампазітных матэрыялаў.
Малюнак 1 Кампазітны мост, ключавы ансамбль ансамбля Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) быў распрацаваны і пабудаваны кампаніяй Seyann Composites LLC і LLC Materials Sciences з выкарыстаннем кампазітаў, узмоцненых вугляродным валокнам, эпаксіднай смалы. Крыніца выявы: Seeman Composites LLC (злева) і армія ЗША (справа).
У 2016 годзе кампанія Custom Technologies LLC (Millersville, MD, ЗША) атрымала грант на інавацыі, які фінансуецца амерыканскім інавацыям, які фінансуецца арміяй ЗША, (SBIR), каб распрацаваць метад рамонту, які можа быць паспяхова выкананы салдатамі на месцы. Зыходзячы з такога падыходу, другі этап гранта SBIR быў узнагароджаны ў 2018 годзе для дэманстрацыі новых матэрыялаў і абсталявання, якое працуе на батарэях сіла. Мэтазгоднасць тэхналогіі вызначаецца выкананнем шэрагу аналізаў, выбару матэрыялаў, задач па вытворчасці ўзораў і механічных тэсціраванняў, а таксама маштабнага і поўнамаштабнага рамонту.
Галоўным даследчыкам на дзвюх этапах SBIR з'яўляецца Майкл Берген, заснавальнік і прэзідэнт кампаніі Custom Technologies LLC. Берген сышоў з Кардэрока з Цэнтра ваенна -марской павярхоўнай вайны (NSWC) і служыў у аддзеле канструкцый і матэрыялаў на працягу 27 гадоў, дзе ён кіраваў распрацоўкай і прымяненнем кампазітных тэхналогій у флоце ВМС ЗША. Доктар Роджэр Крэйн далучыўся да карыстацкіх тэхналогій у 2015 годзе пасля сыходу з ВМС ЗША ў 2011 годзе і служыў 32 гады. Яго кампазітная экспертыза матэрыялаў ўключае ў сябе тэхнічныя выданні і патэнты, ахоплены такія тэмы, як новыя кампазітныя матэрыялы, вытворчасць прататыпа, метады злучэння, шматфункцыянальныя кампазітныя матэрыялы, структурныя маніторынг здароўя і аднаўленне кампазітных матэрыялаў.
Абодва эксперты распрацавалі унікальны працэс, які выкарыстоўвае кампазітныя матэрыялы для аднаўлення расколін у алюмініевай надбудове тыкандэрога CG-47, кіраванага ракетнага крэйсера 5456 ". да замены платформы ад 2 да 4 мільёнаў долараў ", - сказаў Берген. "Такім чынам, мы даказалі, што ведаем, як выконваць рамонт за межамі лабараторыі і ў рэальных умовах абслугоўвання. Але праблема заключаецца ў тым, што цяперашнія метады ваенных актываў не вельмі паспяховыя. Варыянт з'яўляецца падключэннем дуплексавага рамонту [у асноўным у пашкоджаных участках прыляпіце дошку ўверсе] альбо выдаліце актыў з абслугоўвання для рамонту ўзроўню склада (D-Level). Паколькі неабходны рамонт на ўзроўні D, многія актывы адкладаюцца ".
Ён працягваў казаць, што неабходна - гэта метад, які можа выконваць салдаты без вопыту ў кампазітных матэрыялах, выкарыстоўваючы толькі камплекты і інструкцыі па тэхнічным абслугоўванні. Наша мэта складаецца ў тым, каб зрабіць працэс простым: прачытайце кіраўніцтва, ацаніце шкоду і правядзіце рамонт. Мы не хочам змешваць вадкія смалы, бо гэта патрабуе дакладнага вымярэння, каб забяспечыць поўнае лячэнне. Пасля рамонту нам таксама патрэбна сістэма без небяспечных адходаў. І ён павінен быць спакаваны як камплект, які можа быць разгорнуты існуючай сеткай. "
Адзін з рашэнняў, якое паспяхова прадэманстравалі карыстацкія тэхналогіі, - гэта партатыўны камплект, які выкарыстоўвае жорсткі эпаксідны клей для налады кампазіцыйнага патча клей у залежнасці ад памеру пашкоджанняў (да 12 квадратных цаляў). Дэманстрацыя была завершана на кампазітным матэрыяле, які прадстаўляе 3-цалевую таўшчыню палубы AMCB. Кампазітны матэрыял мае 3 -цалевы ядро з дрэва бальза (15 фунтаў на кубічную шчыльнасць ступні) і два пласта вектарнай пласціны (Phoenix, Арызона, ЗША) C -LT 1100 вугляроднага валакна 0 °/90 ° біяксіальная тканкавая тканіна, адзін пласт з пласта з пласта з аднаго пласта з аднаго пласта з аднаго пласта з аднаго пласта з аднаго пласта з аднаго пласта з аднаго пласта з аднаго пласта з аднаго пласта з аднаго пласта з аднаго пласта, адзін пласт з аднаго пласта, адзін пласт, адзін пласт з аднаго пласта, адзін пласт з аднаго пласта, адзін пласт, адзін пласт з аднаго пласта, адзін пласт з аднаго пласта, адзін пласт з аднаго пласта C-TLX 1900 вугляроднага валакна 0 °/+45 °/-45 ° Тры вала і два пласта C-LT 1100, усяго пяць слаёў. "Мы вырашылі, што камплект будзе выкарыстоўваць зборныя пластыры ў квазі-ізатропным ламінаце, падобным на шматквасную, так што кірунак тканіны не будзе праблемай",-сказаў Крэйн.
Наступнае пытанне - матрыца смалы, якая выкарыстоўваецца для аднаўлення ламінату. Каб пазбегнуць змешвання вадкай смалы, патч будзе выкарыстоўваць Prepreg. "Аднак гэтыя праблемы - гэта захоўванне", - растлумачыў Берген. Для распрацоўкі рашэння для захоўвання патча, карыстацкія тэхналогіі супрацоўнічаюць з Sunrez Corp. (El Cajon, штат Каліфорнія, ЗША), каб распрацаваць шкляны валакно/вінілавы эфір, які можа выкарыстоўваць ультрафіялетавае святло (УФ) за шэсць хвілін лячэння святла. Ён таксама супрацоўнічаў з братамі Gougeon (Bay City, штат Мічыган, ЗША), які прапанаваў выкарыстоўваць новы гнуткі эпаксідны фільм.
Раннія даследаванні паказалі, што эпаксідная смала з'яўляецца найбольш прыдатнай смалой для вугляродных валокнаў-прэпаратаў-ультрафіялетавых вінілавых эфіраў і напаўпразрыстай шкляной валакна, але не вылечвайце пад светлавым вугляродным валокнам. Зыходзячы з новага фільма братоў Gougeon, канчатковы эпаксідны прэпарат вылечваецца на 1 гадзіну пры 210 ° F/99 ° C і мае доўгі тэрмін захоўвання пры пакаёвай тэмпературы-не трэба ў захоўванні нізкай тэмпературы. Берген сказаў, што калі патрабуецца больш высокая тэмпература пераходу шкла (ТГ), смала таксама будзе вылечана пры больш высокай тэмпературы, напрыклад, 350 ° F/177 ° C. Абедзве папярэднія прэпараты прадастаўляюцца ў партатыўным наборы па рамонце ў выглядзе стэкаў Prepreg Patches, запячатаных у пластыкавай плёнцы.
Паколькі камплект для рамонту можа захоўвацца на працягу доўгага часу, для правядзення даследавання жыцця па паліцы патрабуюцца карыстацкія тэхналогіі. "Мы набылі чатыры цвёрдыя пластыкавыя корпусы - тыповы ваенны тып, які выкарыстоўваецца ў транспартным абсталяванні - і змясціў узоры эпаксіднага клею і вінілавага эфіру ў кожны корпус", - сказаў Берген. Затым скрыні былі размешчаны ў чатырох розных месцах для тэсціравання: дах фабрыкі братоў Гугген у Мічыгане, даху аэрапорта Мэрыленда, на адкрытым паветры ў даліне Юка (Каліфорнія пустыня) і лабараторыі на адкрытым паветры ў Паўднёвай Фларыдзе. Ва ўсіх выпадках ёсць рэгістратары дадзеных, адзначае Берген: "Мы бярэм дадзеныя і матэрыяльныя ўзоры для ацэнкі кожныя тры месяцы. Максімальная тэмпература, зафіксаваная ў скрынях у Фларыдзе і Каліфорніі, складае 140 ° F, што добра для большасці рэстаўрацыйных смол. Гэта сапраўдная праблема ". Акрамя таго, браты Gougeon унутрана выпрабавалі нядаўна распрацаваную чыстую эпаксідную смалу. "Узоры, якія былі размешчаны ў духоўцы пры 120 ° F на працягу некалькіх месяцаў, пачынаюць палімерызаваць", - сказаў Берген. "Аднак для адпаведных узораў, якія захоўваюцца пры 110 ° F, хімія смалы палепшылася толькі на невялікую колькасць".
Рамонт быў правераны на тэставай дошцы, і гэтая маштабная мадэль AMCB, у якой выкарыстоўваўся той жа ламінат і асноўны матэрыял, што і арыгінальны мост, пабудаваны Seyann Composites. Крыніца выявы: Карыстальніцкія тэхналогіі ТАА
Для таго, каб прадэманстраваць тэхніку рамонту, рэпрэзентатыўны ламінат павінен быць выраблены, пашкоджаны і адрамантаваны. "На першым этапе праекта мы першапачаткова выкарыстоўвалі невялікія прамяні 4 х 48-цалевыя і чатырохбаковыя выпрабаванні на выгіб, каб ацаніць мэтазгоднасць нашага працэсу рамонту",-сказаў Кляйн. "Затым мы перайшлі на панэлі 12 х 48 цаляў на другім этапе праекта, наносілі нагрузкі, каб стварыць двухсетычны стан стрэсу, каб выклікаць адмову, а потым ацаніць эфектыўнасць рамонту. На другім этапе мы таксама завяршылі мадэль AMCB, якую мы стварылі ў тэхнічным абслугоўванні ".
Берген адзначыў, што тэставая панэль, якая выкарыстоўваецца для даказання вынікаў рамонту, выраблялася з выкарыстаннем таго ж радаводу ламінатаў і асноўных матэрыялаў, што і AMCB, вырабленыя кампаніямі Seyann . Гэта так. Метад разам з дадатковымі элементамі тэорыі прамянёў і класічнай тэорыяй ламінату [CLT] быў выкарыстаны для злучэння моманту інерцыі і эфектыўнай калянасці поўнамаштабнага AMCB з дэма-прадуктам меншага памеру, які лягчэй апрацоўваць і больш эканамічна эфектыўная. Затым мы, мадэль з абмежаваным элементам [FEA], распрацаваная кампаніяй Xcraft Inc. (Бостан, штат Масачусэтс, ЗША), выкарыстоўваўся для паляпшэння распрацоўкі структурнага рамонту ". Тканіна з вугляродных валокнаў, якая выкарыстоўваецца для тэставых панэляў, і мадэль AMCB была закуплена ў Vectorly, а ядро бальзаса зроблена асноўнымі кампазітамі (Bristol, RI, ЗША).
Крок 1. Гэтая тэставая панэль адлюстроўвае дыяметр адтуліны на 3 цалі для імітацыі пашкоджанняў, пазначаных у цэнтры, і адрамантаваць акружнасць. Крыніца фота для ўсіх этапаў: Карыстальніцкія тэхналогіі ТАА.
Крок 2. Выкарыстоўвайце ручной шліфавальнай машынай для выдалення пашкоджанага матэрыялу і прыкладзіце пластыр рамонту з конусам 12: 1.
"Мы хочам мадэляваць больш высокую ступень пашкоджанняў на выпрабавальнай дошцы, чым можна было ўбачыць на палубе моста ў полі", - растлумачыў Берген. "Такім чынам, наш метад складаецца ў тым, каб выкарыстоўваць адтуліну пілу, каб зрабіць адтуліну дыяметрам 3-цалевага. Затым мы выцягваем заглушку пашкоджанага матэрыялу і выкарыстоўваем ручную пнеўматычную мясарубку, каб апрацаваць шалік 12: 1 ".
Крэйн растлумачыў, што для выдалення вугляродных валокнаў/эпаксіднага рамонту, калі будзе выдалены "пашкоджаны" панэль і ўжываецца адпаведны шалік, препрег будзе разрэзаны да шырыні і даўжыні, каб адпавядаць конусу пашкоджанай плошчы. "Для нашай тэставай панэлі для гэтага патрабуецца чатыры пласта Prepreg, каб захаваць рамонт у адпаведнасці з верхняй часткай першапачатковай непашкоджанай вугляроднай панэлі. Пасля гэтага тры пласты вугляроду/эпаксіднай прэпараты сканцэнтраваны на гэтым на адрамантаванай частцы. Кожны паслядоўны пласт праходзіць па 1 цалі з усіх бакоў ніжняга пласта, што забяспечвае паступовую перадачу нагрузкі з "добрага" навакольнага матэрыялу ў адрамантаваную вобласць ". Агульны час для выканання гэтай рамонтнай падрыхтоўкі рамонту, рэзкі і размяшчэння рэстаўрацыйнага матэрыялу і прымянення працэдуры отверждения-на 2,5 гадзіны.
Для вугляроднага валакна/эпаксіднага прэпарата рамонтная зона вакууму ўпакаванай і вылечваецца пры 210 ° F/99 ° C на працягу гадзіны, выкарыстоўваючы цеплавую батарэю батарэю.
Хоць рамонт вугляроду/эпаксіднага рэжыму просты і хуткі, каманда прызнала неабходнасць у больш зручным рашэнні для аднаўлення прадукцыйнасці. Гэта прывяло да вывучэння ультрафіялетавых (ультрафіялетавых) прэпаратаў. "Цікавасць да вінілавых эфіраў Sunrez Vinyl Ester заснаваны на папярэднім ваенна -марскім вопыце з заснавальнікам кампаніі Маркам Лійхай", - растлумачыў Берген. "Мы ўпершыню прадаставілі Sunrez квазі-ізатропнай шкляной тканінай, выкарыстоўваючы іх вінілавы эфір Prepreg і ацэньвалі крывую отверждению ў розных умовах. Акрамя таго, таму што мы ведаем, што вінілавая эфірная смала не падобная на эпаксідную смалу, якая забяспечвае прыдатную прадукцыйнасць другаснай адгезіі, таму неабходныя дадатковыя намаганні для ацэнкі розных счаплення клею і вызначэння, які з іх падыходзіць для прыкладання ".
Яшчэ адна праблема заключаецца ў тым, што шкляныя валокны не могуць забяспечваць тыя ж механічныя ўласцівасці, што і вугляродныя валокны. "У параўнанні з вугляродным/эпаксідным пластырам гэтая праблема вырашаецца пры дапамозе дадатковага пласта шкла/вінілавага эфіру", - сказаў Крэйн. "Прычына, па якой неабходны толькі адзін дадатковы пласт, заключаецца ў тым, што шкляны матэрыял - гэта больш цяжкая тканіна". Гэта вырабляе падыходны пластыр, які можна нанесці і спалучаць на працягу шасці хвілін нават пры вельмі халоднай/замярзальнай тэмпературы прысядзібнага ўчастка. Лячэнне, не забяспечваючы цяпло. Крэйн адзначыў, што гэты рамонт можа быць завершаны на працягу гадзіны.
Абедзве патчавыя сістэмы былі прадэманстраваны і правераны. Для кожнага рамонту, плошча, якая будзе пашкоджана, адзначана (крок 1), створаная з адтулінай пілой, а затым выдалены пры дапамозе ручной шліфавальнай машыны (этап 2). Затым разрэжце адрамантаваную плошчу на 12: 1. Ачысціце паверхню шаліка спіртам (этап 3). Далей разрэжце патч рамонту да пэўнага памеру, пакладзеце яго на вычышчаную паверхню (крок 4) і кансалідайце яго ролікам, каб выдаліць бурбалкі паветра. Для шклянога валакна/ультрафіялетавага выпраменьвання вінілавы эфір Prepreg, затым пакладзеце пласт вылучэння на адрамантаваную вобласць і вылечыце пластыр бесправадной ультрафіялетавай лямпай на працягу шасці хвілін (крок 5). Для вугляроднага валакна/эпаксіднага прэпарата выкарыстоўвайце папярэдне запраграмаваную, аднакласную акумулятарную цеплавую батарэю для вакуумнай пакеты і вылечваючы адрамантаваную плошчу пры 210 ° F/99 ° C на працягу гадзіны.
Крок 5. Пасля размяшчэння лушчэння на адрамантаванай вобласці выкарыстоўвайце бесправадную лямпу ўльтрафіялетавага выпраменьвання, каб вылечыць пластыр на працягу 6 хвілін.
"Тады мы правялі тэсты, каб ацаніць адгезіўнасць патча і яго здольнасць аднаўляць нагрузку структуры",-сказаў Берген. "На першым этапе нам трэба даказаць прастату прымянення і магчымасць аднавіць не менш за 75% сілы. Гэта робіцца пры дапамозе чатырохбаковага выгібу на 4-х 48-цалевым вугляродным валакна/эпаксіднай смале і ядро бальса пасля рамонту мадэлявання пашкоджанняў. Так. На другім этапе праекта была выкарыстана панэль 12 х 48 цаляў і павінна праяўляць больш за 90% патрабаванні да сілы пры складаных нагрузах на дэфармацыю. Мы выканалі ўсе гэтыя патрабаванні, а потым сфатаграфавалі метады рамонту ў мадэлі AMCB. Як выкарыстоўваць тэхналогію і абсталяванне для прысядзібнага ўчастка, каб забяспечыць візуальную даведку ".
Ключавым аспектам праекта з'яўляецца даказаць, што пачаткоўцы могуць лёгка завяршыць рамонт. Па гэтай прычыне ў Бергена была ідэя: "Я паабяцаў прадэманстраваць два тэхнічныя кантакты ў арміі: доктар Бернар Сіа і Эшлі Джэну. У канчатковым аглядзе першага этапу праекта я папрасіў рамонту. Дасведчаны Эшлі выканаў рамонт. Выкарыстоўваючы камплект і ўручную, якую мы прадставілі, яна ўжыла патч і без праблем завяршыла рамонт. "
Малюнак 2 Акумулятар, які працуе, папярэдне запраграмаваная, цеплавая машына, якая працуе на батарэі, можа вылечыць патч вугляродных валокнаў/эпаксіднага рамонту пры націску кнопкі, без неабходнасці рамонту ведаў і праграмавання цыклу. Крыніца выявы: Карыстальніцкія тэхналогіі, ТАА
Яшчэ адно ключавое развіццё-гэта сістэма отверждения, якая працуе на батарэях (малюнак 2). "Дзякуючы абслугоўванню прысядзібнага ўчастка, у вас ёсць толькі магутнасць батарэі", - адзначыў Берген. "Усё абсталяванне для працэсу ў наборы рамонту, які мы распрацавалі, з'яўляецца бесправадным". Гэта ўключае ў сябе цеплавыя аблігацыі, якая працуе на батарэях, распрацаванае сумесна з дапамогай карыстацкіх тэхналогій і пастаўшчыкоў машын Termal Bonding Machine Wichitech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, ЗША). "Гэта цеплавая батарэя, якая працуе на батарэі, папярэдне запраграмаваны, каб завяршыць лячэнне, таму пачаткоўцам не трэба запраграмаваць цыкл отверждения",-сказаў Крэйн. "Ім проста трэба націснуць кнопку, каб завяршыць належны пандус і замочваць". У цяперашні час батарэі, якія выкарыстоўваюцца, могуць доўжыцца за год, перш чым іх трэба зарадзіць.
З завяршэннем другога этапу праекта карыстацкія тэхналогіі рыхтуюць наступныя прапановы па ўдасканаленні і збіраюць цікавыя лісты і падтрымку. "Наша мэта складаецца ў тым, каб саспець гэтую тэхналогію да TRL 8 і вывесці яе на поле", - сказаў Берген. "Мы таксама бачым патэнцыял для неваенных прыкладанняў".
Тлумачыць старое мастацтва, якое стаіць за першым умацаваннем валакна ў галіны, і глыбока разумее новую навуку аб валакна і будучае развіццё.
У хуткім часе і палёт упершыню, 787 абапіраецца на новаўвядзенні ў кампазітных матэрыялах і працэсах для дасягнення сваіх мэтаў
Час паведамлення: верасня-02-2021