Kompleti portativ mund të riparohet me tekstil me fije qelqi/vinil ester të shërueshëm me UV ose prepreg me fibër karboni/epoksi të ruajtur në temperaturën e dhomës dhe pajisje për shërim me bateri.#prodhimi i brendshëm #infrastruktura
Riparimi i copëzave prepreg të shërueshme me UV Edhe pse riparimi i fibrave të karbonit/prepreg epoksi i zhvilluar nga Custom Technologies LLC për urën e përbërë brenda fushës rezultoi i thjeshtë dhe i shpejtë, përdorimi i rrëshirës vinyl esteri të përforcuar me fibër qelqi Prepreg ka zhvilluar një sistem më të përshtatshëm. .Burimi i imazhit: Custom Technologies LLC
Urat modulare të dislokueshme janë asete kritike për operacionet taktike ushtarake dhe logjistikën, si dhe për restaurimin e infrastrukturës së transportit gjatë fatkeqësive natyrore.Strukturat e përbëra janë duke u studiuar për të reduktuar peshën e urave të tilla, duke reduktuar kështu barrën mbi mjetet e transportit dhe mekanizmat e nisjes-rikuperimit.Krahasuar me urat metalike, materialet e përbëra gjithashtu kanë potencial për të rritur kapacitetin mbajtës të ngarkesës dhe për të zgjatur jetën e shërbimit.
Ura e Përbërë Modulare e Avancuar (AMCB) është një shembull.Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, SHBA) dhe Materials Sciences LLC (Horsham, PA, US) përdorin laminat epoksi të përforcuar me fibra karboni (Figura 1).) Projektimi dhe ndërtimi).Megjithatë, aftësia për të riparuar struktura të tilla në terren ka qenë një çështje që pengon adoptimin e materialeve të përbëra.
Figura 1 Ura e përbërë, aseti kyç në fushë Ura e Përparuar Modulare e Përbërë (AMCB) u projektua dhe u ndërtua nga Seemann Composites LLC dhe Materials Sciences LLC duke përdorur përbërje rrëshirë epoksi të përforcuar me fibra karboni.Burimi i imazhit: Seeman Composites LLC (majtas) dhe Ushtria e SHBA (djathtas).
Në vitin 2016, Custom Technologies LLC (Millersville, MD, SHBA) mori një grant të Fazës 1 të Kërkimit të Inovacionit të Biznesit të Vogël (SBIR) të financuar nga Ushtria e SHBA për të zhvilluar një metodë riparimi që mund të kryhet me sukses në vend nga ushtarët.Bazuar në këtë qasje, faza e dytë e grantit SBIR u dha në 2018 për të shfaqur materiale të reja dhe pajisje me bateri, edhe nëse patch-i kryhet nga një fillestar pa trajnim paraprak, 90% ose më shumë e strukturës mund të restaurohet e papërpunuar forcë.Fizibiliteti i teknologjisë përcaktohet duke kryer një sërë analizash, përzgjedhje të materialit, prodhimin e mostrave dhe detyrat e testimit mekanik, si dhe riparime në shkallë të vogël dhe të plotë.
Studiuesi kryesor në dy fazat e SBIR është Michael Bergen, themeluesi dhe presidenti i Custom Technologies LLC.Bergen doli në pension nga Carderock i Qendrës së Luftës Detare në Sipërfaqe (NSWC) dhe shërbeu në Departamentin e Strukturave dhe Materialeve për 27 vjet, ku ai menaxhoi zhvillimin dhe aplikimin e teknologjive të përbëra në flotën e Marinës së SHBA.Dr. Roger Crane iu bashkua 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 përbëra përfshin publikime teknike dhe patenta, duke mbuluar tema të tilla si materialet e reja të përbëra, prodhimi i prototipeve, metodat e lidhjes, materialet e përbëra shumëfunksionale, monitorimi i shëndetit strukturor dhe restaurimi i materialit të përbërë.
Dy ekspertët kanë zhvilluar një proces unik që përdor materiale të përbëra për të riparuar çarjet në superstrukturën e aluminit të kryqëzorit të raketave të drejtuara të klasës Ticonderoga CG-47 5456. “Procesi u zhvillua për të zvogëluar rritjen e çarjeve dhe për të shërbyer si një alternativë ekonomike për zëvendësimin e një bordi të platformës prej 2 deri në 4 milionë dollarë”, tha Bergen.“Kështu ne dëshmuam se dimë të kryejmë riparime jashtë laboratorit dhe në një mjedis real 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 Ngjitni një tabelë në krye] ose hiqni aktivin nga shërbimi për riparime të nivelit të magazinës (nivelit D).Për shkak se kërkohen riparime të nivelit D, shumë asete lihen mënjanë.”
Ai vazhdoi duke thënë se ajo që nevojitet është një metodë që mund të kryhet nga ushtarë pa përvojë në materialet e përbëra, duke përdorur vetëm komplete dhe manuale mirëmbajtjeje.Qëllimi ynë është ta bëjmë procesin të thjeshtë: lexoni manualin, vlerësoni dëmin dhe kryeni riparime.Ne nuk duam të përziejmë rrëshira të lëngshme, pasi kjo kërkon matje të sakta për të siguruar kurim të plotë.Ne gjithashtu kemi nevojë për një sistem pa mbetje të rrezikshme pas përfundimit të riparimeve.Dhe duhet të paketohet si një komplet që mund të vendoset nga rrjeti ekzistues.”
Një zgjidhje që Custom Technologies demonstroi me sukses është një komplet portativ që përdor një ngjitës epoksi të ngurtësuar për të personalizuar copën e përbërë ngjitëse sipas madhësisë së dëmtimit (deri në 12 inç katror).Demonstrimi u përfundua në një material të përbërë që përfaqëson një kuvertë AMCB 3 inç të trashë.Materiali i përbërë ka një bërthamë druri balsa 3 inç të trashë (15 paund për densitet këmbë kub) dhe dy shtresa Vectorply (Phoenix, Arizona, SHBA) C-LT 1100 fibër karboni 0°/90° pëlhurë e qepur biaksiale, një shtresë C-TLX 1900 fibër karboni 0°/+45°/-45° tre boshte dhe dy shtresa C-LT 1100, gjithsej pesë shtresa.“Ne vendosëm që kompleti të përdorë arna të parafabrikuara në një laminat pothuajse izotropik të ngjashëm me një shumë boshti, në mënyrë që drejtimi i pëlhurës të mos jetë problem,” tha Crane.
Çështja tjetër është matrica e rrëshirës që përdoret për riparimin e petëzuar.Për të shmangur përzierjen e rrëshirës së lëngshme, patch-i do të përdorë prepreg."Megjithatë, këto sfida janë ruajtje," shpjegoi Bergen.Për të zhvilluar një zgjidhje arnimi të ruajtjes, Custom Technologies ka bashkëpunuar me Sunrez Corp. (El Cajon, Kaliforni, SHBA) për të zhvilluar një prepreg fibër qelqi/vinil ester që mund të përdorë dritën ultravjollcë (UV) në gjashtë minuta Kurim me dritë.Ai gjithashtu bashkëpunoi me Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, SHBA), i cili sugjeroi përdorimin e një filmi të ri epoksi fleksibël.
Studimet e hershme kanë treguar se rrëshira epoksi është rrëshira më e përshtatshme për parapregat e fibrave të karbonit - vinyl esteri i shërueshëm me UV dhe fibra qelqi e tejdukshme funksionojnë mirë, por nuk kurohen nën fibra karboni që bllokojnë dritën.Bazuar në filmin e ri të Gougeon Brothers, prepreg-i përfundimtar epoksi kurohet për 1 orë në 210°F/99°C dhe ka një jetëgjatësi të gjatë në temperaturën e dhomës-nuk ka nevojë për ruajtje në temperaturë të ulët.Bergen tha se nëse kërkohet një temperaturë më e lartë e tranzicionit të qelqit (Tg), rrëshira gjithashtu do të thahet në një temperaturë më të lartë, si p.sh. 350°F/177°C.Të dy parapregatitjet sigurohen në një çantë riparimi portativ si një pirg arnash parapreg të mbyllura në një zarf filmi plastik.
Meqenëse kompleti i riparimit mund të ruhet për një kohë të gjatë, Custom Technologies kërkohet të kryejë një studim të jetëgjatësisë."Ne blemë katër mbyllje plastike të forta - një lloj tipik ushtarak i përdorur në pajisjet e transportit - dhe vendosëm mostra të ngjitësit epoksi dhe prepreg vinyl ester në çdo mbyllje," tha Bergen.Kutitë më pas u vendosën në katër vende të ndryshme për testim: çatia e fabrikës Gougeon Brothers në Michigan, çatia e aeroportit Maryland, objekti i jashtëm në Yucca Valley (shkretëtirë e Kalifornisë) dhe laboratori i jashtëm i testimit të korrozionit në Florida jugore.Të gjitha rastet kanë regjistrues të dhënash, 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.Është një sfidë e vërtetë.”Për më tepër, Gougeon Brothers testoi së brendshmi rrëshirën epoksi të pastër të zhvilluar rishtazi."Kampionet që janë vendosur në një furrë në 120°F për disa muaj fillojnë të polimerizohen," tha Bergen."Megjithatë, 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 në shkallë të AMCB, i cili përdori të njëjtin material laminat dhe bërthamë si ura origjinale e ndërtuar nga Seemann Composites.Burimi i imazhit: Custom Technologies LLC
Për të demonstruar teknikën e riparimit, një laminat përfaqësues duhet të prodhohet, të dëmtohet dhe riparohet."Në fazën e parë të projektit, ne fillimisht përdorëm trarët në shkallë të vogël 4 x 48 inç dhe teste përkuljeje me katër pika për të vlerësuar fizibilitetin e procesit tonë të riparimit," tha Klein.“Më pas, 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 më pas vlerësuam performancën e riparimit.Në fazën e dytë përfunduam edhe modelin AMCB që ndërtuam Mirëmbajtjen.”
Bergen tha se paneli i provës i përdorur për të vërtetuar performancën e riparimit ishte prodhuar duke përdorur të njëjtën linjë të laminateve dhe materialeve bazë si AMCB e prodhuar nga Seemann Composites, “por ne e zvogëluam 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 teorisë klasike të petëzuar [CLT], u përdor për të lidhur momentin e inercisë dhe ngurtësinë efektive të AMCB-së në shkallë të plotë me një produkt demo me përmasa më të vogla që është më i lehtë për t'u trajtuar dhe më shumë. me kosto efektive.Më pas, ne Modeli i analizës së elementeve të fundme [FEA] i zhvilluar nga XCraft Inc. (Boston, Massachusetts, SHBA) u përdor për të përmirësuar dizajnin e riparimeve strukturore."Pëlhura e fibrës së karbonit e përdorur për panelet e provës dhe modelin AMCB është blerë nga Vectorply dhe bërthama e balsas është bërë nga Core Composites (Bristol, RI, SHBA) e ofruar.
Hapi 1. Ky panel testimi shfaq një diametër vrime 3 inç për të simuluar dëmtimin e shënuar në qendër dhe për të riparuar perimetrin.Burimi i fotografisë për të gjitha hapat: Custom Technologies LLC.
Hapi 2. Përdorni një mulli manual me bateri për të hequr materialin e dëmtuar dhe mbyllni copën e riparimit me një kon 12:1.
“Ne duam të simulojmë një shkallë më të lartë dëmtimi në tabelën e provës sesa mund të shihet në kuvertën e urës në fushë,” shpjegoi Bergen."Pra, metoda jonë është të përdorim një sharrë vrimash për të bërë një vrimë me diametër 3 inç.Më pas, nxjerrim spinën 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 vendoset një shall i përshtatshëm, prepreg do të pritet në gjerësi dhe gjatësi për të përputhur me konin e zonës së dëmtuar.“Për panelin tonë të provës, kjo kërkon katër shtresa prepreg për të mbajtur materialin e riparimit në përputhje me pjesën e sipërme të panelit origjinal të karbonit të padëmtuar.Pas kësaj, tre shtresat mbuluese të prepregit karbon/epoksi përqendrohen në këtë në pjesën e riparuar.Çdo 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 riparim-përfshirë përgatitjen e zonës së riparimit, Prerjen dhe vendosjen e materialit restaurues dhe aplikimin e procedurës së kurimit-afërsisht 2.5 orë.
Për prepregimin me fibër karboni/epoksi, zona e riparimit paketohet me vakum dhe pastrohet në 210°F/99°C për një orë duke përdorur një lidhje termike me bateri.
Megjithëse riparimi me karbon/epoksi është i thjeshtë dhe i shpejtë, ekipi e kuptoi nevojën për një zgjidhje më të përshtatshme për të rivendosur performancën.Kjo çoi në eksplorimin e prepregëve shëruese me ultraviolet (UV).“Interesi për rrëshirat vinyl ester Sunrez bazohet në përvojën e mëparshme detare me themeluesin e kompanisë Mark Livesay,” shpjegoi Bergen.“Së pari i siguruam Sunrez një pëlhurë qelqi kuazi-izotropike, duke përdorur prepregën e tyre vinyl ester, dhe vlerësuam kurbën e kurimit në kushte të ndryshme.Për më tepër, për shkak se ne e dimë se rrëshira e vinil esterit nuk është si rrëshira epoksi që siguron performancë të përshtatshme ngjitëse dytësore, kështu që nevojiten përpjekje shtesë për të vlerësuar agjentët e ndryshëm të bashkimit të shtresave ngjitëse dhe për të përcaktuar se cili është i përshtatshëm për aplikim.
Një problem tjetër është se fibrat e qelqit nuk mund të ofrojnë të njëjtat veti mekanike si fibrat e karbonit.“Krahasuar me copëzimin e karbonit/epoksisë, ky problem zgjidhet duke përdorur një shtresë shtesë xhami/vinil esteri,” 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 minutave edhe në temperatura shumë të ftohta/të ngrira në fushë.Kurimi pa dhënë nxehtësi.Crane theksoi se kjo punë riparimi mund të përfundojë brenda një ore.
Të dy sistemet patch janë demonstruar dhe testuar.Për çdo riparim, zona që do të dëmtohet shënohet (hapi 1), krijohet me një sharrë vrimash dhe më pas hiqet duke përdorur një mulli manual me bateri (hapi 2).Më pas prisni zonën e riparuar në një kon 12:1.Pastroni sipërfaqen e shallit me një jastëk alkooli (hapi 3).Më pas, prisni copëzën e riparimit në një madhësi të caktuar, vendoseni në sipërfaqen e pastruar (hapi 4) dhe konsolidoni atë me një rul për të hequr flluskat e ajrit.Për prepregimin e vinyl esterit të fibrave të qelqit/UV-kurimit, më pas vendosni shtresën e lirimit në zonën e riparuar dhe pastroni copëzën me një llambë UV pa kabllo për gjashtë minuta (hapi 5).Për prepregimin me fibër karboni/epoksi, përdorni një lidhës termik të para-programuar, me një buton, me bateri për të paketuar me vakum dhe për të kuruar zonën e riparuar në 210°F/99°C për një orë.
Hapi 5. Pas vendosjes së shtresës peeling në zonën e riparuar, përdorni një llambë UV pa kabllo për të kuruar copën për 6 minuta.
"Më pas ne kryem teste për të vlerësuar ngjitjen e copëzës dhe aftësinë e saj për të rivendosur kapacitetin mbajtës të strukturës," tha Bergen.“Në fazën e parë, ne duhet të provojmë lehtësinë e aplikimit dhe aftësinë për të rikuperuar të paktën 75% të forcës.Kjo bëhet duke përkulur me katër pika në një fibër karboni/rrëshirë epoksi 4 x 48 inç dhe një rreze bërthamore 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 deformimi.I plotësuam të gjitha këto kërkesa dhe më pas fotografuam metodat e riparimit në modelin AMCB.Si të përdorni teknologjinë dhe pajisjet në terren për të ofruar një referencë vizuale.”
Një aspekt kyç i projektit është të provojë se fillestarët mund ta përfundojnë lehtësisht riparimin.Për këtë arsye, Bergen kishte një ide: "Unë kam premtuar t'u demonstroj dy kontakteve tona teknike në ushtri: Dr. Bernard Sia dhe Ashley Genna.Në shqyrtimin përfundimtar të fazës së parë të projektit, unë kërkova të mos kishte riparime.Ashley me përvojë e kreu riparimin.Duke përdorur kompletin dhe manualin që siguruam, ajo aplikoi patch-in dhe e përfundoi riparimin pa asnjë problem.”
Figura 2 Makina lidhëse termike e para-programuar, e pajisur me bateri, e kurimit me bateri mund të shërojë copën e riparimit të fibrave të karbonit/epoksi me shtypjen e një butoni, pa pasur nevojë për njohuri për riparime ose programim të ciklit të kurimit.Burimi i imazhit: Custom Technologies, LLC
Një tjetër zhvillim kyç është sistemi i shërimit me bateri (Figura 2)."Përmes mirëmbajtjes në fushë, ju keni vetëm energji baterie," vuri në dukje Bergen."Të gjitha pajisjet e procesit në kompletin e riparimit që kemi zhvilluar është me valë."Kjo përfshin lidhjen termike me bateri të zhvilluar së bashku nga Custom Technologies dhe furnizuesi i makinerive të lidhjes termike WichiTech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, SHBA)."Kjo lidhëse termike me energji baterie është e para-programuar për të përfunduar shërimin, kështu që fillestarët nuk kanë nevojë të programojnë ciklin e kurimit," tha Crane."Ata thjesht duhet të shtypin një buton për të përfunduar rampën e duhur dhe të zhyten."Bateritë në përdorim aktualisht mund të zgjasin për një vit përpara se të kenë nevojë të rimbushen.
Me përfundimin e fazës së dytë të projektit, Custom Technologies po përgatit propozime për përmirësime në vazhdim dhe po mbledh letra interesi dhe mbështetje.“Qëllimi ynë është ta maturojmë këtë teknologji në TRL 8 dhe ta sjellim atë në terren,” tha Bergen."Ne shohim gjithashtu potencialin për aplikime jo ushtarake."
Shpjegon artin e vjetër pas përforcimit të parë të fibrave në industri dhe ka një kuptim të thellë të shkencës së re të fibrave dhe zhvillimit të ardhshëm.
Së shpejti dhe duke fluturuar për herë të parë, 787 mbështetet në risitë në materialet dhe proceset e përbëra për të arritur qëllimet e tij
Koha e postimit: Shtator-02-2021