La portebla ilaro povas esti riparita per UV-Kuraĝa fibrovitro/vinil-ester aŭ karbona fibro/epoxy Prepreg stokita ĉe ĉambra temperaturo kaj bateria kuracanta ekipaĵo. #insidemanuFacturing #infrastrukturo
UV-Kuracila Prepreg Patch Repair Kvankam la karbona fibro/epoksa prepreg-riparo disvolvita de Custom Technologies LLC por la infana kompona ponto pruvis esti simpla kaj rapida, la uzo de vitra fibro plifortigita UV-Kuraĝa Vinilo-Ester-rezino Prepreg disvolvis pli konvenan sistemon . Bildfonto: Propraj Teknologioj LLC
Modulaj deplojeblaj pontoj estas kritikaj valoraĵoj por militaj taktikaj operacioj kaj loĝistiko, same kiel restarigo de transporta infrastrukturo dum naturaj katastrofoj. Komponitaj strukturoj estas studataj por redukti la pezon de tiaj pontoj, tiel reduktante la ŝarĝon sur transportaj veturiloj kaj lanĉ-reakiraj mekanismoj. Kompare kun metalaj pontoj, kunmetitaj materialoj ankaŭ havas la eblon pliigi ŝarĝan kapaciton kaj plilongigi servan vivon.
La Altnivela Modula Komponita Ponto (AMCB) estas ekzemplo. Seemann Composites LLC (Gulfport, Misisipo, Usono) kaj Materialoj-Sciencoj LLC (Horsham, PA, Usono) uzas karbon-fibro-plifortigitajn epoksajn lamenojn (Figuro 1). ) Projektado kaj konstruado). Tamen, la kapablo ripari tiajn strukturojn sur la kampo estis problemo, kiu malhelpas la adopton de kunmetitaj materialoj.
Figuro 1 Komponita Ponto, Ŝlosila Infield Asset Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) estis desegnita kaj konstruita de Seemann Composites LLC kaj Materials Sciences LLC uzante karbonfibran plifortigitan epoksan rezinon. Bildfonto: Seeman Composites LLC (maldekstre) kaj la usona armeo (dekstre).
En 2016, Custom Technologies LLC (Millersville, MD, Usono) ricevis Usonan Armeon-financitan malgrandan komercan novigan esploradon (SBIR) Fazo 1 subvencion por disvolvi riparan metodon, kiu povas esti sukcese realigita surloke de soldatoj. Surbaze de ĉi tiu alproksimiĝo, la dua fazo de la subvencio SBIR estis aljuĝita en 2018 por montri novajn materialojn kaj bateriajn ekipaĵojn, eĉ se la diakilo estas farita de novulo sen antaŭa trejnado, 90% aŭ pli de la strukturo povas esti restarigita RAW forto. La farebleco de la teknologio estas determinita per realigado de serio de analizo, materiala selektado, specimenaj fabrikado kaj mekanikaj testaj taskoj, same kiel malgrand-skalaj kaj plenskalaj riparoj.
La ĉefa esploristo en la du SBIR -fazoj estas Michael Bergen, la fondinto kaj prezidanto de Custom Technologies LLC. Bergen retiriĝis de Carderock de la Naval Surface Warfare Center (NSWC) kaj servis en la Departemento pri Strukturoj kaj Materialoj dum 27 jaroj, kie li administris la disvolviĝon kaj aplikon de kunmetitaj teknologioj en la floto de la usona mararmeo. D -ro Roger Crane aliĝis al kutimaj teknologioj en 2015 post retiriĝado de la Usona Mararmeo en 2011 kaj servis dum 32 jaroj. Liaj kombinitaj materialoj -kompetenteco inkluzivas teknikajn publikigojn kaj patentojn, pritraktantajn temojn kiel novaj kunmetitaj materialoj, prototipo -fabrikado, konektaj metodoj, multfunkciaj kunmetaĵaj materialoj, struktura sano -monitorado kaj kunmeta materialo.
La du spertuloj disvolvis unikan procezon, kiu uzas kunmetitajn materialojn por ripari la fendojn en la aluminia superstrukturo de la Klasika Misila Krozŝipo de Ticonderoga CG-47 al la anstataŭigo de platforma tabulo de 2 ĝis 4 milionoj da dolaroj, "Bergen diris. "Do ni pruvis, ke ni scias kiel riparoj ekster la laboratorio kaj en reala servo -medio. Sed la defio estas, ke nunaj militaj aktivaj metodoj ne tre sukcesas. La opcio estas ligita dupleksa riparo [esence en damaĝitaj areoj gluas tabulon al la supro] aŭ forigu la valoraĵon de servo por magazenaj niveloj (D-nivelaj) riparoj. Ĉar D-nivelaj riparoj estas bezonataj, multaj valoraĵoj estas flankenlasitaj. "
Li daŭrigis diri, ke tio, kio bezonas, estas metodo realigita de soldatoj sen sperto pri kunmetitaj materialoj, uzante nur kitojn kaj prizorgajn manlibrojn. Nia celo estas simpligi la procezon: Legu la manlibron, taksu la damaĝon kaj plenumu riparojn. Ni ne volas miksi likvajn rezinojn, ĉar ĉi tio postulas precizan mezuradon por certigi kompletan resanigon. Ni ankaŭ bezonas sistemon sen danĝeraj malŝparoj post kiam riparoj estas finitaj. Kaj ĝi devas esti pakita kiel ilaro, kiu povas esti disfaldita de la ekzistanta reto. ”
Unu solvo, kiun kutimaj teknologioj sukcese pruvis, estas portebla ilaro, kiu uzas malmolan epoksan voston por agordi la vostan komponaĵon laŭ la grandeco de la damaĝo (ĝis 12 kvadrataj coloj). La manifestacio estis kompletigita sur kunmetita materialo reprezentanta 3-colan dikan AMCB-ferdekon. La kunmetita materialo havas 3 -colan dikan balsan lignan kernon (15 funtojn per kuba pieda denseco) kaj du tavolojn de vektora provizo (Fenikso, Arizono, Usono) C -lt 1100 Karbona fibro 0 °/90 ° biaksa ŝtofo, unu tavolo de C-TLX 1900 Karbona fibro 0 °/+45 °/-45 ° Tri ŝafoj kaj du tavoloj de C-LT 1100, entute kvin tavoloj. "Ni decidis, ke la ilaro uzos prefabrikitajn diakilojn en kvazaŭ-izotropa lameno simila al multi-akso, por ke la ŝtofa direkto ne estu problemo," Gruo diris.
La sekva temo estas la rezina matrico uzata por riparo de lamenoj. Por eviti miksi likvan rezinon, la diakilo uzos Prepreg. "Tamen ĉi tiuj defioj estas stokado," Bergen klarigis. Por disvolvi stokan diakilon, kutimaj teknologioj partneris kun Sunrez Corp. (El Cajon, Kalifornio, Usono) por disvolvi vitran fibron/vinilan ester -prepreg, kiu povas uzi Ultraviolan Lumon (UV) en ses minutoj de malpeza resanigo. Ĝi ankaŭ kunlaboris kun Gougeon Brothers (Bay City, Miĉigano, Usono), kiu sugestis la uzon de nova fleksebla epoksa filmo.
Fruaj studoj montris, ke epoksika rezino estas la plej taŭga rezino por karbona fibro antaŭpregs-UV-Kuracila vinilo-ester kaj translua vitra fibro funkcias bone, sed ne resanigu sub malpeza blokanta karbona fibro. Surbaze de la nova filmo de Gougeon Brothers, la fina epoxy Prepreg estas kuracita dum 1 horo je 210 ° F/99 ° C kaj havas longan breto-vivon ĉe ĉambra temperaturo-ne bezono de malalta temperaturo. Bergen diris, ke se pli alta vitra transira temperaturo (TG) estas bezonata, la rezino ankaŭ kuraciĝos je pli alta temperaturo, kiel 350 ° F/177 ° C. Ambaŭ prepregs estas provizitaj en portebla riparo kiel stako de prepreg -diakiloj sigelitaj en plasta filma koverto.
Ĉar la riparo -ilaro povas esti konservita dum longa tempo, kutimaj teknologioj estas bezonataj por fari breto -vivan studon. "Ni aĉetis kvar malmolajn plastajn areojn - tipan militan tipon uzatan en transporta ekipaĵo - kaj metis specimenojn de epoksa vosto kaj vinil -ester -prepreg en ĉiun ĉirkaŭfosaĵon," Bergen diris. La skatoloj tiam estis metitaj en kvar malsamajn lokojn por testado: la tegmento de la fabriko Gougeon Brothers en Miĉigano, la tegmento de la Marilanda Flughaveno, la subĉiela instalaĵo en Yucca Valley (Kalifornia dezerto), kaj la laboratorio de la subĉiela korodo en suda Florido. Ĉiuj kazoj havas datumajn ensalutojn, Bergen atentigas, "Ni prenas datumojn kaj materialajn specimenojn por taksado ĉiun tri monaton. La maksimuma temperaturo registrita en la skatoloj en Florido kaj Kalifornio estas 140 ° F, kio taŭgas por plej multaj restarigaj rezinoj. Ĝi estas vera defio. " Krome, Gougeon -fratoj interne testis la lastatempe evoluintan puran epoksan rezinon. "Specimenoj metitaj en fornon je 120 ° F dum pluraj monatoj komencas polimeriĝi," Bergen diris. "Tamen, por la respondaj specimenoj konservitaj je 110 ° F, la rezina kemio nur pliboniĝis per malgranda kvanto."
La riparo estis kontrolita sur la testtabulo kaj ĉi tiu skala modelo de AMCB, kiu uzis la saman lamenan kaj kernan materialon kiel la originala ponto konstruita de Seemann -komponaĵoj. Bildfonto: Propraj Teknologioj LLC
Por pruvi la riparan teknikon, reprezenta lameno devas esti fabrikita, damaĝita kaj riparita. "En la unua fazo de la projekto, ni komence uzis malgrand-skalajn 4 x 48-colajn trabojn kaj kvar-punktajn fleksajn testojn por taksi la fareblecon de nia riparo-procezo," Klein diris. "Tiam, ni transiris al 12 x 48 -colaj paneloj en la dua fazo de la projekto, aplikis ŝarĝojn por generi biaksan streĉan staton por kaŭzi malsukceson, kaj tiam taksis la riparan rendimenton. En la dua fazo, ni ankaŭ kompletigis la AMCB -modelon, kiun ni konstruis prizorgadon. "
Bergen diris, ke la test -panelo uzata por pruvi, ke la riparo -agado estis fabrikita per la sama kasto de laminoj kaj kernaj materialoj kiel AMCB fabrikitaj de Seemann -komponaĵoj, "sed ni reduktis la panelan dikecon de 0,375 coloj al 0,175 coloj, surbaze de la paralela akso -teoremo de la akso -teoremo al la paralela akso -teoremo. . Tiel okazas. La metodo, kune kun la aldonaj elementoj de trabo-teorio kaj klasika lamena teorio [CLT], estis uzata por ligi la momenton de inercio kaj efikan rigidecon de la plenskala AMCB kun pli malgranda grandeca demo-produkto, kiu estas pli facila por trakti kaj pli kostefika. Tiam, ni la finia elementa analizo [FEA] modelo disvolvita de Xcraft Inc. (Boston, Masaĉuseco, Usono) estis uzata por plibonigi la projektadon de strukturaj riparoj. " La karbona fibro -ŝtofo uzita por la testaj paneloj kaj la AMCB -modelo estis aĉetita de Vectorply, kaj la balsa kerno estis farita de Core Composites (Bristol, RI, Usono) provizita.
Paŝo 1. Ĉi tiu prova panelo montras diametron de 3 coloj por simuli damaĝon markitan en la centro kaj ripari la cirkonferencon. Foto -fonto por ĉiuj paŝoj: Propraj Teknologioj LLC.
Paŝo 2. Uzu baterian manlibran muelilon por forigi la damaĝitan materialon kaj enfermi la riparon kun 12: 1 taper.
"Ni volas simuli pli altan damaĝon sur la testo -tabulo ol oni povus vidi sur la ponto -ferdeko sur la kampo," Bergen klarigis. "Do nia metodo estas uzi truan serilon por fari 3-colan diametran truon. Poste, ni elprenas la ŝtopilon de la damaĝita materialo kaj uzas manan pneŭmatikan muelilon por prilabori 12: 1 koltukon. "
Gruo klarigis, ke por riparo de karbona fibro/epoksio, post kiam la "damaĝita" panela materialo estas forigita kaj taŭga koltuko estas aplikata, la preprego estos tranĉita al larĝo kaj longo por kongrui kun la taper de la damaĝita areo. "Por nia prova panelo, ĉi tio postulas kvar tavolojn de prepreg por konservi la riparan materialon konforme al la supro de la originala nedifektita karbona panelo. Post tio, la tri kovrantaj tavoloj de karbono/epoxy prepreg koncentriĝas pri tio sur la riparita parto. Ĉiu sinsekva tavolo etendas 1 colon de ĉiuj flankoj de la malsupra tavolo, kiu provizas laŭgradan ŝarĝan translokigon de la "bona" ĉirkaŭa materialo al la riparita areo. " La tuta tempo por plenumi ĉi tiun riparon, inkluzive de ripara areo-preparado, tranĉante kaj metante la restarigan materialon kaj aplikante la resanigan proceduron-ĉirkaŭ 2,5 horojn.
Por karbona fibro/epoxy prepreg, la ripara areo estas malplena enpakita kaj resanigita je 210 ° F/99 ° C dum unu horo uzante baterian termikan ligon.
Kvankam riparo de karbono/epoksio estas simpla kaj rapida, la teamo rekonis la bezonon de pli konvena solvo por restarigi agadon. Ĉi tio kondukis al esplorado de ultraviolaj (UV) resanigaj prepregs. "La intereso en Sunrez Vinyl Ester Resins baziĝas sur antaŭa ŝipa sperto kun la fondinto de la kompanio Mark Livesay," Bergen klarigis. "Ni unue provizis Sunrez per kvazaŭ-izotropa vitra ŝtofo, uzante ilian vinilan ester-prepreg, kaj taksis la resanigan kurbon en malsamaj kondiĉoj. Krome, ĉar ni scias, ke vinil -ester -rezino ne similas al epoksika rezino, kiu provizas taŭgan malĉefan adhesion, tial necesas aldonaj klopodoj por taksi diversajn agantojn de tavolaj tavoloj kaj determini, kiu taŭgas por la apliko. "
Alia problemo estas, ke vitraj fibroj ne povas provizi la samajn mekanikajn proprietojn kiel karbonaj fibroj. "Kompare kun karbono/epoksa diakilo, ĉi tiu problemo estas solvita per kroma tavolo de vitro/vinilo," Gruo diris. "La kialo, kial necesas nur unu plia tavolo, estas ke la vitra materialo estas pli peza ŝtofo." Ĉi tio produktas taŭgan diakilon, kiu povas esti aplikata kaj kombinita ene de ses minutoj eĉ ĉe tre malvarmaj/frostaj inferaj temperaturoj. Resanigi sen provizi varmon. Gruo rimarkis, ke ĉi tiu riparo povas esti finita ene de horo.
Ambaŭ diakaj sistemoj pruviĝis kaj testis. Por ĉiu riparo, la areo difektita estas markita (paŝo 1), kreita per trua segilo, kaj tiam forigita uzante baterian manlibran muelilon (paŝo 2). Poste tranĉu la riparitan areon en 12: 1 taper. Purigu la surfacon de la koltuko per alkoholaĵo (paŝo 3). Tuj poste, tranĉu la riparon al certa grandeco, metu ĝin sur la purigitan surfacon (paŝo 4) kaj solidigu ĝin per rulilo por forigi aerajn vezikojn. Por vitra fibro/UV-kuracanta vinil-ester prepreg, tiam metu la liberigan tavolon sur la riparitan areon kaj resanigu la diakilon per sendrata UV-lampo dum ses minutoj (paŝo 5). Por karbona fibro/epoxy prepreg, uzu antaŭprogramitan, unu-butonan, baterian termikan ligon por malplenigi pakaĵon kaj kuraci la riparitan areon je 210 ° F/99 ° C dum unu horo.
Paŝo 5. Post metado de la senŝeliga tavolo sur la riparitan areon, uzu sendratan UV -lampon por kuraci la diakilon dum 6 minutoj.
"Tiam ni faris testojn por taksi la adhesivecon de la diakilo kaj ĝian kapablon restarigi la ŝarĝan kapaciton de la strukturo," Bergen diris. "En la unua etapo, ni devas pruvi la facilecon de apliko kaj la kapablon reakiri almenaŭ 75% de la forto. Ĉi tio estas farita per kvar-punkta fleksado sur 4 x 48-cola karbona fibro/epoksika rezino kaj balsa kerna trabo post riparo de la simulita damaĝo. Jes. La dua fazo de la projekto uzis panelon de 12 x 48 coloj, kaj devas elmontri pli ol 90% fortajn postulojn sub kompleksaj streĉaj ŝarĝoj. Ni renkontis ĉiujn ĉi tiujn postulojn, kaj poste fotis la riparajn metodojn laŭ la AMCB -modelo. Kiel uzi infeldan teknologion kaj ekipaĵon por provizi vidan referencon. "
Ŝlosila aspekto de la projekto estas pruvi, ke novuloj povas facile kompletigi la riparon. Por tio, Bergen havis ideon: "Mi promesis pruvi al niaj du teknikaj kontaktoj en la armeo: doktoro Bernard Sia kaj Ashley Genna. En la fina revizio de la unua fazo de la projekto, mi petis neniujn riparojn. Sperta Ashley plenumis la riparon. Uzante la kiton kaj manlibron, kiujn ni provizis, ŝi aplikis la diakilon kaj kompletigis la riparon sen problemoj. "
Figuro 2 La antaŭprogramita kuracanta bateria, bateria termika liganta maŝino povas kuraci la karbonan fibron/epoksan riparon ĉe la premado de butono, sen la bezono de riparo de scio aŭ kuracado de ciklo. Bildfonto: Propraj Teknologioj, LLC
Alia ŝlosila disvolviĝo estas la bateria kuracanta sistemo (Figuro 2). "Per bontenado, vi nur havas baterian potencon," Bergen atentigis. "Ĉiuj procezaj ekipaĵoj en la ripara ilaro, kiujn ni disvolvis, estas sendrataj." Ĉi tio inkluzivas bateri-termikan ligadon disvolvitan kune de kutimaj teknologioj kaj termika liganta maŝino-provizanto Wichitech Industries Inc. (Randallstown, Marilando, Usono) maŝino. "Ĉi tiu bateria termika ligilo estas antaŭprogramita por kompletigi resanigon, do novuloj ne bezonas programi la resanigan ciklon," Gruo diris. "Ili nur bezonas premi butonon por kompletigi la taŭgan rampon kaj trempi." La kuirilaroj nuntempe uzataj povas daŭri unu jaron antaŭ ol ili devas esti reŝarĝitaj.
Kun la kompletigo de la dua fazo de la projekto, kutimaj teknologioj preparas sekvajn plibonigajn proponojn kaj kolektas leterojn de intereso kaj subteno. "Nia celo estas maturi ĉi tiun teknologion al TRL 8 kaj alporti ĝin al la kampo," Bergen diris. "Ni ankaŭ vidas la potencialon por ne-militaj aplikoj."
Klarigas la malnovan arton malantaŭ la unua fibra plifortigo de la industrio, kaj havas profundan komprenon pri nova fibra scienco kaj estonta disvolviĝo.
Baldaŭ kaj flugante por la unua fojo, la 787 dependas de novigoj en kunmetitaj materialoj kaj procezoj por atingi siajn celojn
Afiŝotempo: Sep-02-2021