Kompleti i lëvizshëm mund të riparohet me tekstil me fije qelqi/vinyl ester ose fibër karboni/prepreg epoksi të ruajtur në temperaturën e dhomës dhe pajisjet e shërimit me bateri. #InsideMeman prodhimi #Infrastruktura
Riparimi i Patch Patch Prepreg i Paintueshëm UV Edhe pse Riparimi Prepreg i Fibrit të Karbonit/Epoksisë së Zhvilluar nga Custom Technologies LLC për Urën e Përbërjes së Infieldit rezultoi të jetë e thjeshtë dhe e shpejtë, përdorimi i fibrave të qelqit të përforcuar me vinyl ester të resinit të argjendit të argjendtë ka zhvilluar një sistem më të përshtatshëm . Burimi i figurës: Teknologjitë e personalizuara LLC
Urat modulare të vendosura janë asete kritike për operacionet taktike ushtarake dhe logjistikën, si dhe restaurimin e infrastrukturës së transportit gjatë katastrukturave natyrore. Strukturat e përbëra janë duke u studiuar për të zvogëluar peshën e urave të tilla, duke zvogëluar kështu barrën e automjeteve të transportit dhe mekanizmave të rikuperimit të fillimit. Krahasuar me urat metalike, materialet e përbëra gjithashtu kanë potencialin për të rritur kapacitetin e ngarkesës dhe për të zgjatur jetën e shërbimit.
Ura e Përbërshme Modulare e Avancuar (AMCB) është një shembull. Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, SH.B.A.) dhe Materiale Science LLC (Horsham, PA, SH.B.A.) përdorin petëzime epoksie të përforcuara me fibër karboni (Figura 1). ) Dizajni dhe Ndërtimi). Sidoqoftë, aftësia për të riparuar struktura të tilla në këtë fushë ka qenë një çështje që pengon miratimin e materialeve të përbëra.
Figura 1 Ura e përbërë, Aseti i Keyelit të Aseteve të Avancuara Modulare Ura e Përbërshme Modulare (AMCB) u krijua dhe u ndërtua nga Seemann Composites LLC dhe Materialet Sciences LLC duke përdorur kompozitat e rrëshirës epoksi të përforcuar me fibër karboni. Burimi i imazhit: Seeman Composites LLC (majtas) dhe Ushtria e SHBA (djathtas).
Në vitin 2016, Custom Technologies LLC (Millersville, MD, SH. Bazuar në këtë qasje, faza e dytë e grantit SBIR u dha në vitin 2018 për të shfaqur materiale të reja dhe pajisje me bateri, edhe nëse copëza kryhet nga një rishtar pa trajnime paraprake, 90% ose më shumë e strukturës mund të restaurohet e papërpunuar forcë Fizibiliteti i teknologjisë përcaktohet duke kryer një seri analizash, përzgjedhjen e materialit, prodhimin e mostrave dhe detyrat e testimit mekanik, si dhe riparimet në shkallë të vogël dhe në shkallë të plotë.
Studiuesi kryesor në dy fazat e SBIR është Michael Bergen, themeluesi dhe presidenti i Custom Technologies LLC. Bergen u tërhoq nga Carderock i Qendrës së Luftimit të Sipërfaqes Detare (NSWC) dhe shërbeu në departamentin e strukturave dhe materialeve për 27 vjet, ku ai menaxhoi zhvillimin dhe zbatimin e teknologjive të përbëra në flotën e Marinës amerikane. Dr. Roger Crane u bashkua me Custom Technologies në 2015 pasi u tërhoq nga Marina e SHBA në 2011 dhe ka shërbyer për 32 vjet. Ekspertiza e tij e materialeve të përbërë përfshin botime teknike dhe patenta, duke mbuluar tema të tilla si materiale të reja të përbëra, prodhim prototip, metoda të lidhjes, materiale të përbëra shumëfunksionale, monitorim strukturor shëndetësor dhe restaurim të materialeve të përbëra.
Të dy ekspertët kanë zhvilluar një proces unik që përdor materiale të përbëra për të riparuar çarjet në superstrukturën e aluminit të Ticonderoga CG-47 Class Class Cruiser 5456. ”Procesi u zhvillua për të zvogëluar rritjen e çarjeve dhe për të shërbyer si një alternative ekonomike për zëvendësimin e një bord platforme prej 2 deri në 4 milion dollarë, "tha Bergen. "Kështu që ne vërtetuam se ne dimë se si të kryejmë riparime jashtë laboratorit dhe në një mjedis të vërtetë shërbimi. Por sfida është se metodat aktuale të aseteve ushtarake nuk janë shumë të suksesshme. Opsioni është riparimi i dyfishtë i lidhur [në thelb në zonat e dëmtuara ngjitet një bord në krye] ose hiqni aktivin nga shërbimi për riparimet e nivelit të depove (niveli D). Për shkak se kërkohen riparime të nivelit D, shumë pasuri janë lënë mënjanë. "
Ai vazhdoi të thotë se ajo që nevojitet është një metodë që mund të kryhet nga ushtarët pa përvojë në materiale të përbëra, duke përdorur vetëm komplete dhe manuale të mirëmbajtjes. Qëllimi ynë është që ta bëjmë procesin të thjeshtë: të lexoni manualin, të vlerësoni dëmin dhe të kryeni riparime. Ne nuk duam të përziejmë rrëshirat e lëngshme, pasi kjo kërkon matje të saktë për të siguruar kurë të plotë. Ne gjithashtu kemi nevojë për një sistem pa mbeturina të rrezikshme pasi të përfundojnë riparimet. Dhe duhet të paketohet si një çantë që mund të vendoset nga rrjeti ekzistues. "
Një zgjidhje që Togs Technologies demonstroi me sukses është një çantë portative që përdor një ngjitës të ashpër epoksi për të rregulluar copëzën ngjitëse të përbërë sipas madhësisë së dëmtimit (deri në 12 inç katror). Demonstrimi u përfundua në një material të përbërë që përfaqëson një kuvertë AMCB të trashë 3 inç. Materiali i përbërë ka një bërthamë druri balsa të trasha 3 inç (15 paund për densitet të këmbës kub) dhe dy shtresa të vektorply (Phoenix, Arizona, SH. C-TLX 1900 Fibra karboni 0 °/+45 °/-45 ° tre boshte dhe dy shtresa të C-LT 1100, gjithsej pesë shtresa. "Ne vendosëm që kompleti do të përdorë arna të parafabrikuara në një petëzimin kuazi-izotrop të ngjashëm me një bosht me shumë boshte, në mënyrë që drejtimi i rrobave të mos jetë çështje," tha Crane.
Issueështja tjetër është matrica rrëshirë e përdorur për riparimin e petëzuar. Për të shmangur përzierjen e rrëshirës së lëngshme, copëza do të përdorë parapreg. "Sidoqoftë, këto sfida janë ruajtje," shpjegoi Bergen. Për të zhvilluar një zgjidhje të rregulluar me patch, Custom Technologies ka partnerizuar me Sunrez Corp. (El Cajon, California, USA) për të zhvilluar një fibër qelqi/vinyl ester prepreg që mund të përdorë dritë ultravjollcë (UV) në gjashtë minuta kurim të dritës. Ai gjithashtu bashkëpunoi me Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, USA), i cili sugjeroi përdorimin e një filmi të ri fleksibël epoksi.
Studimet e hershme kanë treguar që rrëshira epoksiale është rrëshira më e përshtatshme për fibrat e karbonit prepregs-uv-uv ester vinyl dhe fibrat e tejdukshme të qelqit funksionojnë mirë, por nuk kurojnë nën fibër karboni që bllokon dritën. Bazuar në filmin e ri të Gougeon Brothers, prepreg i fundit epoksi është shëruar për 1 orë në 210 ° F/99 ° C dhe ka një jetë të gjatë rafti në temperaturën e dhomës nuk ka nevojë për ruajtje të temperaturës së ulët. Bergen tha që nëse kërkohet një temperaturë më e lartë e tranzicionit të qelqit (TG), rrëshira gjithashtu do të shërohet në një temperaturë më të lartë, siç është 350 ° F/177 ° C. Të dy prepregët janë dhënë në një çantë riparimi portative si një pirg të arna parapreg të mbyllura në një zarf të filmit plastik.
Meqenëse kompleti i riparimit mund të ruhet për një kohë të gjatë, kërkohet teknologji me porosi për të kryer një studim të jetës së raftit. "Ne kemi blerë katër mbyllje të forta plastike - një lloj tipik ushtarak i përdorur në pajisjet e transportit - dhe vendosëm mostra të ngjitësit epoksi dhe vinyl ester prepreg në secilën mbyllje," tha Bergen. Kutitë u vendosën më pas në katër lokacione të ndryshme për testim: çatia e fabrikës së Vëllezërve Gougeon në Michigan, çatia e aeroportit të Maryland, objekti i jashtëm në Yucca Valley (California Desert) dhe Laboratori i Testimit të Korrozionit në natyrë në Florida Jugore. Të gjitha rastet kanë prerësit e të dhënave, thekson Bergen, "Ne marrim të dhëna dhe mostra materiale për vlerësim çdo tre muaj. Temperatura maksimale e regjistruar në kutitë në Florida dhe Kaliforni është 140 ° F, e cila është e mirë për shumicën e rrëshirave të restaurimit. Shtë një sfidë e vërtetë. ” Përveç kësaj, Gougeon Brothers testoi brenda rrëshirës së pastër të pastër epoksi. "Mostrat që janë vendosur në një furrë në 120 ° F për disa muaj fillojnë të polimerizohen," tha Bergen. "Sidoqoftë, për mostrat përkatëse të mbajtura në 110 ° F, kimia e rrëshirës u përmirësua vetëm me një sasi të vogël."
Riparimi u verifikua në tabelën e provës dhe këtë model të shkallës së AMCB, i cili përdori të njëjtin material laminat dhe thelbësor si ura origjinale e ndërtuar nga Composites Seemann. Burimi i figurës: Teknologjitë e personalizuara LLC
Për të demonstruar teknikën e riparimit, duhet të prodhohet, dëmtohet dhe riparohet një petëzuar përfaqësuese. "Në fazën e parë të projektit, ne fillimisht kemi përdorur rreze të vogla në shkallë të vogël 4 x 48 inç dhe teste të lakimit me katër pika për të vlerësuar fizibilitetin e procesit tonë të riparimit," tha Klein. "Pastaj, ne kaluam në panele 12 x 48 inç në fazën e dytë të projektit, aplikuam ngarkesa për të gjeneruar një gjendje stresi biaksial për të shkaktuar dështim, dhe pastaj vlerësuam performancën e riparimit. Në fazën e dytë, ne gjithashtu përfunduam modelin AMCB që ndërtuam mirëmbajtjen. "
Bergen tha që paneli i provës i përdorur për të vërtetuar performancën e riparimit është prodhuar duke përdorur të njëjtën linjë të petëzimeve dhe materialeve thelbësore si AMCB e prodhuar nga Composites Seemann, "Por ne ulëm trashësinë e panelit nga 0.375 inç në 0.175 inç, bazuar në teoremën e boshtit paralel . Ky është rasti. Metoda, së bashku me elementët shtesë të teorisë së rrezes dhe teorinë klasike të petëzuar [CLT], u përdor për të lidhur momentin e inercisë dhe ngurtësi efektive të AMCB në shkallë të plotë me një produkt demo me madhësi më të vogël që është më e lehtë për tu trajtuar dhe më shumë me kosto efektive. Pastaj, ne modeli i analizës së elementeve të fundme [FEA] i zhvilluar nga Xcraft Inc. (Boston, Massachusetts, USA) u përdor për të përmirësuar hartimin e riparimeve strukturore. " Pëlhura e fibrave të karbonit të përdorur për panelet e provës dhe modeli AMCB është blerë nga Vectorply, dhe bërthama e balsa u bë nga kompozitat thelbësore (Bristol, RI, SH.B.A.) të parashikuara.
Hapi 1. Ky panel provë tregon një diametër të vrimës 3 inç për të simuluar dëmtimin e shënuar në qendër dhe për të riparuar perimetrin. Burimi i fotos për të gjitha hapat: Teknologjitë e personalizuara LLC.
Hapi 2. Përdorni një mulli manual me bateri për të hequr materialin e dëmtuar dhe mbyllni copëzën e riparimit me një taper 12: 1.
"Ne duam të simulojmë një shkallë më të lartë të dëmtimit në tabelën e provës sesa mund të shihet në kuvertën e urës në fushë," shpjegoi Bergen. "Pra, metoda jonë është të përdorim një sharrë vrimë për të bërë një vrimë me diametër 3 inç. Pastaj, ne nxjerrim prizën e materialit të dëmtuar dhe përdorim një mulli pneumatik të mbajtur me dorë për të përpunuar një shall 12: 1. "
Crane shpjegoi se për riparimin e fibrave të karbonit/epoksisë, pasi të hiqet materiali i panelit "të dëmtuar" dhe të aplikohet një shall i përshtatshëm, prepreg do të shkurtohet në gjerësi dhe gjatësi për të përputhur me rrjedhën e zonës së dëmtuar. "Për panelin tonë të provës, kjo kërkon katër shtresa të Prepreg për të mbajtur materialin e riparimit në përputhje me majën e panelit origjinal të karbonit të padëmtuar. Pas kësaj, tre shtresat mbuluese të karbonit/epoksit prepreg janë përqendruar në këtë në pjesën e riparuar. Do shtresë e njëpasnjëshme shtrihet 1 inç në të gjitha anët e shtresës së poshtme, e cila siguron një transferim gradual të ngarkesës nga materiali "i mirë" përreth në zonën e riparuar. " Koha totale për të kryer këtë përgatitje të zonës së riparimit-përfshirë riparimin, prerjen dhe vendosjen e materialit të restaurimit dhe duke aplikuar procedurën e shërimit-për sa i përket 2.5 orë.
Për fibrën e karbonit/prepreg epoksi, zona e riparimit është e mbushur me vakum dhe shërohet në 210 ° F/99 ° C për një orë duke përdorur një shtresë termike të fuqizuar nga bateria.
Megjithëse riparimi i karbonit/epoksit është i thjeshtë dhe i shpejtë, ekipi njohu nevojën për një zgjidhje më të përshtatshme për të rivendosur performancën. Kjo çoi në eksplorimin e prepregs për shërimin ultravjollcë (UV). "Interesimi për Rrëshira Sunrez Vinyl Ester bazohet në përvojën e mëparshme detare me themeluesin e kompanisë Mark Livesay," shpjegoi Bergen. "Ne së pari i siguruam Sunrez një pëlhurë qelqi kuazi-izotrop, duke përdorur prepreg e ester e tyre, dhe vlerësuam kurbën e shërimit në kushte të ndryshme. Për më tepër, sepse ne e dimë se rrëshira vinyl ester nuk është si rrëshira epoksi që siguron performancë të përshtatshme të ngjitjes sekondare, kështu që kërkohen përpjekje shtesë për të vlerësuar agjentë të ndryshëm bashkues të shtresave ngjitëse dhe për të përcaktuar se cili është i përshtatshëm për aplikimin. "
Një problem tjetër është se fibrat e qelqit nuk mund të japin të njëjtat veti mekanike si fibrat e karbonit. "Krahasuar me copëza karboni/epoksi, ky problem zgjidhet duke përdorur një shtresë shtesë të qelqit/esterit vinyl," tha Crane. "Arsyeja pse nevojitet vetëm një shtresë shtesë është se materiali i qelqit është një pëlhurë më e rëndë." Kjo prodhon një copëz të përshtatshme që mund të aplikohet dhe kombinohet brenda gjashtë minutash edhe në temperatura shumë të ftohta/ngrirjes së infieldit. Shërimi pa siguruar nxehtësi. Crane theksoi se kjo punë riparimi mund të përfundojë brenda një ore.
Të dy sistemet patch janë demonstruar dhe testuar. Për secilën riparim, zona që do të dëmtohet shënohet (Hapi 1), krijuar me një sharrë vrimë, dhe më pas hiqet duke përdorur një mulli manual me bateri (Hapi 2). Pastaj prerë zonën e riparuar në një kthesë 12: 1. Pastroni sipërfaqen e shallit me një jastëk alkooli (Hapi 3). Tjetra, prerë copëzën e riparimit në një madhësi të caktuar, vendoseni atë në sipërfaqen e pastruar (Hapi 4) dhe konsolidoni atë me një rul për të hequr flluskat e ajrit. Për fibrat e qelqit/Vinyl Ester të Vinyl Ester Prepreg, pastaj vendosni shtresën e lëshimit në zonën e riparuar dhe kuroni copëzën me një llambë UV pa kabllo për gjashtë minuta (Hapi 5). Për fibrat e karbonit/prepreg epoksi, përdorni një shtresë termike të para-programuar, me një buton, me bateri për paketën vakum dhe kuroni zonën e riparuar në 210 ° F/99 ° C për një orë.
Hapi 5. Pasi të vendosni shtresën e qërimit në zonën e riparuar, përdorni një llambë UV pa tel për të kuruar copëzën për 6 minuta.
"Atëherë ne kemi kryer teste për të vlerësuar ngjitjen e patch dhe aftësinë e tij për të rivendosur kapacitetin e ngarkesës së strukturës," tha Bergen. “Në fazën e parë, ne duhet të dëshmojmë lehtësinë e aplikimit dhe aftësinë për të rikuperuar të paktën 75% të forcës. Kjo është bërë me lakim me katër pika në një rrëshirë karboni karboni 4 x 48 inç/rrëshirë epoksi dhe rreze thelbësore Balsa pas riparimit të dëmtimit të simuluar. Po. Faza e dytë e projektit përdori një panel 12 x 48 inç, dhe duhet të shfaqë më shumë se 90% kërkesa për forcë nën ngarkesa komplekse të tendosjes. Ne i takuam të gjitha këto kërkesa, dhe pastaj fotografuam metodat e riparimit në modelin AMCB. Si të përdorni teknologjinë dhe pajisjet infield për të siguruar një referencë vizuale. "
Një aspekt kryesor i projektit është të vërtetoni se fillestarët mund të plotësojnë lehtësisht riparimin. Për këtë arsye, Bergen kishte një ide: «Unë kam premtuar se do t'u demonstroj dy kontakteve tona teknike në Ushtri: Dr. Bernard Sia dhe Ashley Genna. Në rishikimin përfundimtar të fazës së parë të projektit, unë kërkova asnjë riparim. Me përvojë Ashley kreu riparimin. Duke përdorur kompletin dhe manualin që ne siguruam, ajo aplikoi copëzën dhe përfundoi riparimin pa asnjë problem. "
Figura 2 Makina e lidhjes termike e prodhuar me bateri të para-programuar, e mbështetur nga bateria, mund të kurojë copëzën e riparimit të fibrave të karbonit/epoksisë në shtypjen e një butoni, pa pasur nevojë për njohuri riparimi ose programim të ciklit shërues. Burimi i imazhit: Teknologjitë e personalizuara, LLC
Një tjetër zhvillim kryesor është sistemi i shërimit të baterisë (Figura 2). "Përmes mirëmbajtjes së infieldit, ju keni vetëm energji baterie," theksoi Bergen. "Të gjitha pajisjet e procesit në çantën e riparimit që kemi zhvilluar janë pa tel." Kjo përfshin lidhjen termike të mbështetur në bateri të zhvilluara bashkërisht nga teknologjitë e personalizuara dhe furnizuesi i makinerisë së lidhjes termike Wichitech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, USA) Machine. "Ky Bonder termik me bateri është para-programuar për të përfunduar shërimin, kështu që fillestarët nuk kanë nevojë të programojnë ciklin e shërimit," tha Crane. "Ata thjesht duhet të shtypin një buton për të përfunduar rampën e duhur dhe të zhyten." Bateritë aktualisht në përdorim mund të zgjasin për një vit para se të duhet të rimbushen.
Me përfundimin e fazës së dytë të projektit, Custom Technologies po përgatit propozime për përmirësimin vijues dhe mbledhjen e letrave të interesit dhe mbështetjes. "Qëllimi ynë është ta pjekim këtë teknologji në TRL 8 dhe ta sjellim atë në fushë," tha Bergen. "Ne gjithashtu shohim potencialin për aplikime jo ushtarake."
Shpjegon artin e vjetër që qëndron pas përforcimit të parë të fibrave të industrisë dhe ka një kuptim të thelluar të shkencës së re të fibrave dhe zhvillimit të ardhshëm.
Së shpejti dhe duke fluturuar për herë të parë, 787 mbështetet në risitë në materiale dhe procese të përbëra për të arritur qëllimet e saj
Koha e postimit: SEP-02-2021