La portebla ilaro povas esti riparita per UV-sanigebla vitrofibro/vinila estero aŭ karbonfibro/epoksia prepreg stokita ĉe ĉambra temperaturo kaj kuirilaro-funkciigita kuracilo. #interna fabrikado #infrastrukturo
UV-sanigebla prepreg-peceto-riparo Kvankam la karbonfibro/epoksia prepreg-riparo evoluigita de Custom Technologies LLC por la enkampa kunmetaĵa ponto pruvis esti simpla kaj rapida, la uzo de vitrofibro plifortikigita UV-sanigebla vinilestera rezino Prepreg evoluigis pli oportunan sistemon . Bildfonto: Custom Technologies LLC
Modulaj deplojeblaj pontoj estas kritikaj aktivaĵoj por armeaj taktikaj operacioj kaj loĝistiko, same kiel la restarigo de transporta infrastrukturo dum naturaj katastrofoj. Komponitaj strukturoj estas studitaj por redukti la pezon de tiaj pontoj, tiel reduktante la ŝarĝon sur transportveturiloj kaj lanĉ-reakiro-mekanismoj. Kompare kun metalaj pontoj, kompozitaj materialoj ankaŭ havas la eblon pliigi ŝarĝokapaciton kaj plilongigi funkcidaŭron.
La Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) estas ekzemplo. Seemann Composites LLC (Gulfport, Misisipo, Usono) kaj Materials Sciences LLC (Horsham, PA, Usono) uzas karbonfibr-plifortigitajn epoksiajn lamenaĵojn (Figuro 1). ) Dezajno kaj konstruo). Tamen, la kapablo ripari tiajn strukturojn sur la kampo estis problemo kiu malhelpas la adopton de kunmetitaj materialoj.
Figuro 1 Komponita ponto, ŝlosila enkampa aktivaĵo Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) estis dizajnita kaj konstruita fare de Seemann Composites LLC kaj Materials Sciences LLC uzante karbonfibro plifortikigitajn epoksirezinkunmetaĵojn. Bildfonto: Seeman Composites LLC (maldekstre) kaj la usona armeo (dekstre).
En 2016, Custom Technologies LLC (Millersville, MD, Usono) ricevis subvencion de la Fazo 1 de Small Business Innovation Research (SBIR) financita de la usona armeo por evoluigi riparmetodon kiu povas esti sukcese farita surloke fare de soldatoj. Surbaze de ĉi tiu aliro, la dua fazo de la subvencio SBIR estis aljuĝita en 2018 por montri novajn materialojn kaj bateriajn ekipaĵojn, eĉ se la flikaĵo estas farita de novulo sen antaŭa trejnado, 90% aŭ pli de la strukturo povas esti restaŭrita Kruda. forto. La farebleco de la teknologio estas determinita per plenumado de serio de analizo, materiala elekto, specimeno 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 Strukturoj kaj Materialoj-Sekcio dum 27 jaroj, kie li administris la evoluon kaj aplikon de sintezaj teknologioj en la floto de la Usona Mararmeo. D-ro Roger Crane aliĝis al Custom Technologies en 2015 post retiriĝado de la Usona Mararmeo en 2011 kaj servis dum 32 jaroj. Lia kompozita materiala kompetenteco inkluzivas teknikajn publikaĵojn kaj patentojn, kovrante temojn kiel novaj kompozitaj materialoj, prototipproduktado, ligmetodoj, multfunkciaj kompozitaj materialoj, struktura sanmonitorado, kaj kunmetaĵmateriala restarigo.
La du fakuloj evoluigis unikan procezon, kiu uzas kunmetitajn materialojn por ripari la fendojn en la aluminia superkonstruaĵo de la Ticonderoga CG-47-klaso gvidata raketkrozŝipo 5456. "La procezo estis evoluigita por redukti la kreskon de fendoj kaj servi kiel ekonomia alternativo. al la anstataŭigo de platforma tabulo de 2 ĝis 4 milionoj da dolaroj,” diris Bergen. “Do ni pruvis, ke ni scias kiel fari riparojn ekster la laboratorio kaj en reala serva medio. Sed la defio estas, ke nunaj militaj aktivaĵmetodoj ne tre sukcesas. La opcio estas kunligita dupleksa riparo [esence en difektitaj lokoj Gluu tabulon al la supro] aŭ forigi la aktivaĵon de servo por stoknivelaj (D-nivelaj) riparoj. Ĉar D-nivelaj riparoj estas postulataj, multaj aktivaĵoj estas flankenmetitaj."
Li daŭriĝis por diri ke kio estas bezonata estas metodo kiu povas esti farita fare de soldatoj kun neniu sperto en kunmetitaj materialoj, uzante nur ilarojn kaj prizorgajn manlibrojn. Nia celo estas simpligi la procezon: legu la manlibron, taksu la damaĝon kaj faru riparojn. Ni ne volas miksi likvajn rezinojn, ĉar ĉi tio postulas precizan mezuradon por certigi kompletan resanigon. Ni ankaŭ bezonas sistemon sen danĝeraj ruboj post kiam riparoj estas finitaj. Kaj ĝi devas esti pakita kiel ilaro, kiu povas esti deplojita de la ekzistanta reto. ”
Unu solvo, kiun Custom Technologies sukcese pruvis, estas portebla ilaro, kiu uzas harditan epoksian gluon por personecigi la gluan kunmetitan peceton laŭ la grandeco de la damaĝo (ĝis 12 kvadrataj coloj). La manifestacio estis kompletigita sur sinteza materialo reprezentanta 3-colan dikan AMCB-ferdekon. La kunmetaĵa materialo havas 3-colan dikan balsan kernon (15 funtoj po kuba pieda denseco) kaj du tavolojn de Vectorply (Phoenix, Arizono, Usono) C -LT 1100 karbonfibro 0°/90° duaksa kudrita ŝtofo, unu tavolo de C-TLX 1900 karbonfibro 0°/+45°/-45° tri ŝaftoj kaj du tavoloj de C-LT 1100, entute kvin tavoloj. "Ni decidis, ke la ilaro uzos antaŭfabrikitajn diakilojn en kvazaŭ-izotropa lamenaĵo simila al plur-akso, por ke la ŝtofa direkto ne estos problemo," diris Crane.
La sekva temo estas la rezina matrico uzata por lamena riparo. Por eviti miksi likvan rezinon, la flikaĵo uzos prepreg. "Tamen, ĉi tiuj defioj estas stokado," Bergen klarigis. Por evoluigi stokeblan flikan solvon, Custom Technologies partneris kun Sunrez Corp. (El Cajon, Kalifornio, Usono) por evoluigi vitran fibron/vinilesteran prepreg kiu povas uzi ultraviola lumon (UV) en ses minutoj Lumokuracado. Ĝi ankaŭ kunlaboris kun Gougeon Brothers (Bay City, Miĉigano, Usono), kiu sugestis la uzon de nova fleksebla epoksia filmo.
Fruaj studoj montris, ke epoksia rezino estas la plej taŭga rezino por karbonfibro prepregs-UV-sanigebla vinila estero kaj diafana vitrofibro bone funkcias, sed ne kuracas sub lumbloka karbonfibro. Surbaze de la nova filmo de Gougeon Brothers, la fina epoksia prepreg estas resanigita dum 1 horo je 210 °F/99 °C kaj havas longan konservadon ĉe ĉambra temperaturo - ne bezonas malalttemperaturan stokadon. Bergen diris, ke se necesas pli alta vitra transira temperaturo (Tg), la rezino ankaŭ resaniĝos ĉe pli alta temperaturo, kiel 350 °F/177 °C. Ambaŭ prepregs estas disponigitaj en portebla riparkompleto kiel stako de prepreg-pecetoj sigelitaj en plasta filmkoverto.
Ĉar la ripara ilaro povas esti konservita dum longa tempo, Propraj Teknologioj estas postulataj por fari studon pri konserva vivo. "Ni aĉetis kvar malmolajn plastajn enfermaĵojn - tipan armean tipon uzatan en transporta ekipaĵo - kaj metis specimenojn de epoksia gluaĵo kaj vinilester prepreg en ĉiun enfermaĵon," Bergen diris. La kestoj tiam estis metitaj en kvar malsamajn lokojn por testado: la tegmento de la Gougeon Brothers-fabriko en Miĉigano, la tegmento de la Marilanda flughaveno, la subĉiela instalaĵo en Yucca Valley (Kalifornia dezerto), kaj la subĉiela korodtestlaboratorio en suda Florido. Ĉiuj kazoj havas datumregistristojn, Bergen substrekas, "Ni prenas datumojn kaj materialajn specimenojn por taksado ĉiujn tri monatojn. La maksimuma temperaturo registrita en la skatoloj en Florido kaj Kalifornio estas 140 °F, kio estas bona por la plej multaj restarigaj rezinoj. Ĝi estas vera defio.” Krome, Gougeon Brothers interne testis la lastatempe evoluigitan puran epoksian rezinon. "Provintoj, kiuj estis metitaj en fornon je 120 °F dum pluraj monatoj, komencas polimeri," diris Bergen. "Tamen, por la respondaj specimenoj konservitaj je 110 °F, la rezina kemio nur pliboniĝis je malgranda kvanto."
La riparo estis kontrolita sur la testtabulo kaj ĉi tiu skalmodelo de AMCB, kiu uzis la saman lamenaĵon kaj kernmaterialon kiel la originan ponton konstruitan fare de Seemann Composites. Bildfonto: Custom Technologies LLC
Por pruvi la riparan teknikon, reprezenta lamenaĵo devas esti fabrikita, difektita kaj riparita. "En la unua fazo de la projekto, ni komence uzis malgrandskalajn 4 x 48-colajn trabojn kaj kvar-punktajn fleksajn provojn por taksi la fareblecon de nia ripara procezo," diris Klein. "Tiam, ni transiris al 12 x 48 coloj paneloj en la dua fazo de la projekto, aplikis ŝarĝojn por generi duaksan 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 testa panelo uzita por pruvi la riparan agadon estis produktita uzante la saman genlinion de lamenaj kaj kernaj materialoj kiel AMCB produktita de Seemann Composites, "sed ni reduktis la panelan dikecon de 0,375 coloj al 0,175 coloj, surbaze de la paralela aksa teoremo. . Ĉi tio estas la kazo. La metodo, kune kun la kromaj elementoj de traboteorio kaj klasika lamenintteorio [CLT], estis uzita por ligi la momenton de inercio kaj efikan rigidecon de la plenskala AMCB kun pli eta grandeco demo-produkto kiu estas pli facile manipulebla kaj pli. kostefika. Tiam, ni La modelo de analizo de finiaj elementoj [FEA] disvolvita de XCraft Inc. (Boston, Masaĉuseco, Usono) estis uzata por plibonigi la dezajnon de strukturaj riparoj.” La karbonfibroŝtofo uzita por la testpaneloj kaj la AMCB-modelo estis aĉetita de Vectorply, kaj la balskerno estis farita fare de Core Composites (Bristol, RI, Usono) provizita.
Paŝo 1. Ĉi tiu prova panelo montras 3-colan truan diametron por simuli damaĝon markitan en la centro kaj ripari la cirkonferencon. Fotofonto por ĉiuj paŝoj: Custom Technologies LLC.
Paŝo 2. Uzu kuirilaron manan muelilon por forigi la difektitan materialon kaj enfermi la riparan diakilon per 12:1 mallarĝa.
"Ni volas simuli pli altan gradon da damaĝo sur la testa tabulo ol oni povus vidi sur la ponta ferdeko sur la kampo," Bergen klarigis. “Do nia metodo estas uzi truon por fari 3-colan diametran truon. Poste, ni eltiras la ŝtopilon de la difektita materialo kaj uzas porteblan pneŭmatikan muelilon por prilabori 12:1 koltukon."
Gruo klarigis, ke por riparo de karbonfibro/epoksio, post kiam la "difektita" panelmaterialo estas forigita kaj taŭga koltuko estas aplikita, la prepreg estos tranĉita al larĝo kaj longo por kongrui kun la mallarĝaĵo de la difektita areo. "Por nia testa panelo, ĉi tio postulas kvar tavolojn de prepreg por konservi la riparmaterialon kongrua kun la supro de la originala nedifektita karbona panelo. Post tio, la tri kovraj tavoloj de karbono/epoksia prepreg estas koncentrita sur ĉi tiu Sur la riparita parto. Ĉiu sinsekva tavolo etendas 1 colo sur ĉiuj flankoj de la malsupra tavolo, kiu disponigas laŭpaŝan ŝarĝon translokigon de la "bona" ĉirkaŭa materialo al la riparita areo." La tuta tempo por plenumi ĉi tiun riparon-inkluzive de preparo de ripara areo, Tranĉi kaj meti la restarigan materialon kaj apliki la resaniga proceduro-ĉirkaŭ 2,5 horoj.
Por karbonfibro/epoksia prepreg, la ripara areo estas vakue pakita kaj resanigita je 210 °F/99 °C dum unu horo uzante baterian termikan ligon.
Kvankam karbona/epoksia riparo estas simpla kaj rapida, la teamo rekonis la bezonon de pli oportuna solvo por restarigi rendimenton. Tio kondukis al la esplorado de ultraviolaj (UV) kuracantaj prepregs. "La intereso pri Sunrez-vinilesteraj rezinoj baziĝas sur antaŭa ŝipa sperto kun la fondinto de la firmao Mark Livesay," Bergen klarigis. "Ni unue provizis Sunrez per kvazaŭ-izotropa vitroŝtofo, uzante sian vinilesteran prepreg, kaj taksis la kuracan kurbon sub malsamaj kondiĉoj. Krome, ĉar ni scias, ke vinilesterrezino ne estas kiel epoksia rezino, kiu provizas taŭgan sekundaran adheran agadon, do necesas pliaj klopodoj por taksi diversajn gluajn tavolajn kunligantojn kaj determini kiu taŭgas por la aplikaĵo."
Alia problemo estas, ke vitrofibroj ne povas disponigi la samajn mekanikajn trajtojn kiel karbonfibroj. "Kompare kun karbono / epoksia diakilo, ĉi tiu problemo estas solvita per uzado de ekstra tavolo de vitro / vinila estero," diris Crane. "La kialo, kial nur unu plia tavolo estas necesa, estas ke la vitra materialo estas pli peza ŝtofo." Ĉi tio produktas taŭgan peceton kiu povas esti aplikita kaj kombinita ene de ses minutoj eĉ ĉe tre malvarmaj/frostaj enkampaj temperaturoj. Resaniĝo sen havigi varmon. Crane atentigis, ke ĉi tiu riparlaboro povas esti finita ene de unu horo.
Ambaŭ fliksistemoj estis pruvitaj kaj testitaj. Por ĉiu riparo, la areo por esti damaĝita estas markita (ŝtupo 1), kreita per truosegilo, kaj tiam forigita per pilo-funkciigita manmuelilo (paŝo 2). Tiam tranĉu la riparitan areon en 12:1 mallarĝaĵon. Purigu la surfacon de la koltuko per alkohola kuseneto (paŝo 3). Poste, tranĉu la riparan diakilon al certa grandeco, metu ĝin sur la purigitan surfacon (paŝo 4) kaj solidigu ĝin per rulilo por forigi aerajn bobelojn. Por vitra fibro/UV-saniĝanta vinilestera prepreg, tiam metu la eligan tavolon sur la riparitan areon kaj kuracu la peceton per sendrata UV-lampo dum ses minutoj (paŝo 5). Por karbonfibro/epoksia prepreg, uzu antaŭprogramitan, unu-butonan, bateritan termikan ligon por vakui paki kaj kuraci la riparitan areon je 210 °F/99 °C dum unu horo.
Paŝo 5. Post meti la senŝeligantan tavolon sur la riparitan areon, uzu sendratan UV-lampon por kuraci la diakilon dum 6 minutoj.
"Tiam ni faris provojn por taksi la adhesivecon de la diakilo kaj ĝian kapablon restarigi la ŝarĝan kapablon de la strukturo," diris Bergen. "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 kvarpunkta fleksado sur 4 x 48 coloj karbonfibro/epoksia rezino kaj balsa kerntrabo post riparo de la ŝajniga difekto. Jes. La dua fazo de la projekto uzis panelon de 12 x 48 coloj, kaj devas elmontri pli ol 90%-fortpostulojn sub kompleksaj streĉaj ŝarĝoj. Ni plenumis ĉiujn ĉi tiujn postulojn, kaj poste fotis la riparmetodojn sur la modelo AMCB. Kiel uzi enkampan teknologion kaj ekipaĵon por disponigi vidan referencon."
Ĉefa aspekto de la projekto estas pruvi, ke novuloj povas facile kompletigi la riparadon. Tial, Bergen havis ideon: “Mi promesis pruvi al niaj du teknikaj kontaktoj en la Armeo: D-ro Bernard Sia kaj Ashley Genna. En la fina revizio de la unua fazo de la projekto, mi petis neniujn riparojn. Sperta Ashley faris la riparon. Uzante la ilaron kaj manlibron, kiujn ni disponigis, ŝi aplikis la flikaĵon kaj kompletigis la riparadon sen problemoj.
Figuro 2 La kuirilaro-elektita kuracanta antaŭ-programita, baterio-elektita termika ligomaŝino povas resanigi la karbonfibro/epoksian riparan diakilon je la premo de butono, sen la bezono de ripara scio aŭ resaniga cikloprogramado. Bildfonto: Custom Technologies, LLC
Alia ŝlosila evoluo estas la kuirilaro-funkciigita kuracsistemo (Figuro 2). "Per enkampa prizorgado, vi nur havas baterian potencon," Bergen atentigis. "La tuta proceza ekipaĵo en la ripara ilaro, kiun ni evoluigis, estas sendrata." Ĉi tio inkluzivas baterio-elektigan termikan ligon evoluigitan kune de Custom Technologies kaj termikan ligan maŝinprovizanton WichiTech Industries Inc. (Randallstown, Marilando, Usono) maŝino. "Ĉi tiu termika ligado de kuirilaro estas antaŭprogramita por kompletigi resanigon, do novuloj ne bezonas programi la kuracciklon," diris Crane. "Ili nur bezonas premi butonon por kompletigi la taŭgan rampon kaj trempi." La aktuale uzataj kuirilaroj povas daŭri unu jaron antaŭ ol ili devas esti reŝargitaj.
Kun la kompletigo de la dua fazo de la projekto, Custom Technologies preparas sekvajn plibonigproponojn kaj kolektas leterojn de intereso kaj subteno. "Nia celo estas maturigi ĉi tiun teknologion al TRL 8 kaj alporti ĝin al la kampo," diris Bergen. "Ni ankaŭ vidas la potencialon por ne-militaj aplikoj."
Klarigas la malnovan arton malantaŭ la unua fibro-plifortigo de la industrio, kaj havas profundan komprenon de nova fibroscienco kaj estonta evoluo.
Baldaŭ kaj flugante por la unua fojo, la 787 dependas de novigoj en kunmetitaj materialoj kaj procezoj por atingi siajn celojn.
Afiŝtempo: Sep-02-2021