Die draagbare stel kan herstel word met UV-geneesbare veselglas/vinielester of koolstofvesel/epoksie wat vooraf gestoor is by kamertemperatuur en battery-aangedrewe uithardingstoerusting. #InsidEMAFUKSIE #Infrastruktuur
UV-kursbare prepreg-pleisterherstel Alhoewel die koolstofvesel/epoksie-prepregherstel ontwikkel deur Custom Technologies LLC vir die Infield Composite Bridge eenvoudig en vinnig blyk te wees, het die gebruik van glasveselversterkte UV-kasbare viniel-esterhars Prepreg 'n meer gerieflike stelsel ontwikkel . Beeldbron: Custom Technologies LLC
Modulêre ontplooibare brûe is kritieke bates vir militêre taktiese operasies en logistiek, sowel as die herstel van vervoerinfrastruktuur tydens natuurrampe. Saamgestelde strukture word bestudeer om die gewig van sulke brûe te verminder, en sodoende die las op vervoervoertuie en meganismes vir lanseringsherstel te verminder. In vergelyking met metaalbruggies, het saamgestelde materiale ook die potensiaal om die dravermoë te verhoog en lewensduur te verleng.
Die gevorderde modulêre saamgestelde brug (AMCB) is 'n voorbeeld. Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, US) en Materials Sciences LLC (Horsham, PA, VS) Gebruik koolstofveselversterkte epoxy-laminate (Figuur 1). ) Ontwerp en konstruksie). Die vermoë om sulke strukture in die veld te herstel, was egter 'n probleem wat die aanvaarding van saamgestelde materiale belemmer.
Figuur 1 Saamgestelde brug, Key Infield Asset Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) is ontwerp en gebou deur Seemann Composites LLC en Materials Sciences LLC met behulp van koolstofveselversterkte epoxy hars -komposiete. Beeldbron: Seeman Composites LLC (links) en die Amerikaanse leër (regs).
In 2016 het Custom Technologies LLC (Millersville, MD, VS) 'n Amerikaanse leërfinansieringsnavorsingsnavorsingsnavorsing (SBIR) ontvang om 'n herstelmetode te ontwikkel wat suksesvol op die terrein deur soldate uitgevoer kan word. Op grond van hierdie benadering is die tweede fase van die SBIR-toekenning in 2018 toegeken om nuwe materiale en battery-aangedrewe toerusting ten toon te stel, selfs al word die pleister uitgevoer deur 'n beginner sonder vooraf opleiding, kan 90% of meer van die struktuur RAW herstel word sterkte. Die uitvoerbaarheid van die tegnologie word bepaal deur 'n reeks analise, materiaalkeuse, vervaardigings- en meganiese toetsingstake uit te voer, sowel as kleinskaalse en volskaalse herstelwerk.
Die belangrikste navorser in die twee SBIR -fases is Michael Bergen, die stigter en president van Custom Technologies LLC. Bergen het uit Carderock van die Naval Surface Warfare Centre (NSWC) uitgetree en vir 27 jaar in die Departement Strukture en Materiaal gedien, waar hy die ontwikkeling en toepassing van saamgestelde tegnologieë in die Amerikaanse vloot se vloot bestuur het. Dr Roger Crane het in 2015 by Custom Technologies aangesluit nadat hy in 2011 uit die Amerikaanse vloot uitgetree het en al 32 jaar gedien het. Sy kundigheid in saamgestelde materiale bevat tegniese publikasies en patente, wat onderwerpe dek, soos nuwe saamgestelde materiale, prototipe vervaardiging, verbindingsmetodes, multifunksionele saamgestelde materiale, strukturele gesondheidsmonitering en herstel van saamgestelde materiaal.
Die twee kundiges het 'n unieke proses ontwikkel wat saamgestelde materiale gebruik om die krake in die aluminium-bobou van die Ticonderoga CG-47-klas geleide raketrakke 5456 te herstel. 'Die proses is ontwikkel om die groei van krake te verminder en om as 'n ekonomiese alternatief te dien tot die vervanging van 'n platformbord van 2 tot 4 miljoen dollar, ”het Bergen gesê. 'Ons het dus bewys dat ons weet hoe om herstelwerk buite die laboratorium en in 'n regte diensomgewing uit te voer. Maar die uitdaging is dat die huidige militêre batmetodes nie baie suksesvol is nie. Die opsie is gebonde dupleksherstel [basies in beskadigde gebiede plak 'n bord na bo] of verwyder die bate uit diens vir herstelwerk aan pakhuisvlak (D-vlak). Omdat D-vlak herstelwerk benodig word, word baie bates opsy gesit. ”
Hy het verder gesê dat dit wat nodig is, 'n metode is wat deur soldate uitgevoer kan word met geen ervaring in saamgestelde materiale nie, met slegs stelle en instandhoudingshandleidings. Ons doel is om die proses eenvoudig te maak: lees die handleiding, evalueer die skade en doen herstelwerk. Ons wil nie vloeibare harsen meng nie, want dit verg presiese meting om volledige genesing te verseker. Ons het ook 'n stelsel nodig met geen gevaarlike afval nadat herstelwerk voltooi is nie. En dit moet verpak word as 'n stel wat deur die bestaande netwerk ontplooi kan word. '
Een oplossing wat Custom Technologies suksesvol gedemonstreer het, is 'n draagbare stel wat 'n geharde epoxy -kleefmiddel gebruik om die kleefmiddels saamgestelde pleister aan te pas volgens die grootte van die skade (tot 12 vierkante duim). Die demonstrasie is voltooi op 'n saamgestelde materiaal wat 'n 3-duim dik AMCB-dek verteenwoordig. Die saamgestelde materiaal het 'n 3 -duim dik balsa -houtkern (15 pond per kubieke voet digtheid) en twee lae vektorply (Phoenix, Arizona, VS) C -LT 1100 koolstofvesel 0 °/90 ° biaxiale gestikte stof, een laag van een laag van die laag C-TLX 1900 koolstofvesel 0 °/+45 °/-45 ° Drie asse en twee lae van C-LT 1100, altesaam vyf lae. “Ons het besluit dat die stel voorafvervaardigde kolle in 'n kwasi-isotropiese laminaat sal gebruik, soortgelyk aan 'n multi-as, sodat die stofrigting nie 'n probleem sal wees nie, 'het Crane gesê.
Die volgende uitgawe is die harsmatriks wat gebruik word vir laminaatherstel. Om die vermenging van vloeibare hars te vermy, sal die pleister Prepreg gebruik. "Hierdie uitdagings is egter opberging," het Bergen verduidelik. Om 'n opbergbare pleisteroplossing te ontwikkel, werk Custom Technologies saam met Sunrez Corp. (El Cajon, Kalifornië, VSA) om 'n glasvesel/vinylester Prepreg te ontwikkel wat ultraviolet Light (UV) in ses minute kan gebruik. Dit het ook saamgewerk met Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, VSA), wat die gebruik van 'n nuwe buigsame epoxy -film voorgestel het.
Vroeë studies het getoon dat epoxyhars die geskikste hars is vir koolstofvesel-prepregs-UV-geneesbare vinielester en deurskynende glasvesel werk goed, maar genees nie onder ligblokkerende koolstofvesel nie. Op grond van die nuwe film van Gougeon Brothers, word die finale epoxy prepreg vir 1 uur by 210 ° F/99 ° C genees en het 'n lang rakleeftyd by kamertemperatuur-geen behoefte aan lae temperatuurberging nie. Bergen het gesê dat as 'n hoër glasoorgangstemperatuur (TG) nodig is, die hars ook by 'n hoër temperatuur, soos 350 ° F/177 ° C, genees sal word. Albei prepregs word in 'n draagbare herstelstel voorsien as 'n stapel voorprereg -kolle wat in 'n plastiekfilmkoevert verseël is.
Aangesien die herstelstel vir 'n lang tyd geberg kan word, is Custom Technologies nodig om 'n rakleeftyd te doen. "Ons het vier harde plastiek -omhulsels gekoop - 'n tipiese militêre tipe wat in vervoertoerusting gebruik is - en monsters van epoxy -kleefmiddel en vinielester -voorreg in elke omheining plaas," het Bergen gesê. Die bokse is daarna op vier verskillende plekke geplaas om te toets: die dak van die Gougeon Brothers -fabriek in Michigan, die dak van die Maryland -lughawe, die buitelugfasiliteit in Yucca -vallei (Kalifornië -woestyn), en die buiteluglaboratorium in die suide van Florida. In alle gevalle is daar dat data -loggers daarop gewys word: 'Ons neem elke drie maande data en materiaalmonsters vir evaluering. Die maksimum temperatuur wat in die bokse in Florida en Kalifornië aangeteken is, is 140 ° F, wat goed is vir die meeste herstelharsen. Dit is 'n regte uitdaging. ” Daarbenewens het Gougeon Brothers die nuut ontwikkelde suiwer epoksiehars intern getoets. “Monsters wat al 'n paar maande in 'n oond by 120 ° F geplaas is, begin polimeriseer,” het Bergen gesê. "Vir die ooreenstemmende monsters wat op 110 ° F gehou word, het die harschemie egter slegs met 'n klein hoeveelheid verbeter."
Die herstelwerk is op die toetsbord geverifieer en hierdie skaalmodel van AMCB, wat dieselfde laminaat- en kernmateriaal gebruik het as die oorspronklike brug wat deur Seemann -komposiete gebou is. Beeldbron: Custom Technologies LLC
Om die hersteltegniek te demonstreer, moet 'n verteenwoordigende laminaat vervaardig, beskadig en herstel word. "In die eerste fase van die projek het ons aanvanklik kleinskaalse 4 x 48-inch balke en vierpuntbuigtoetse gebruik om die uitvoerbaarheid van ons herstelproses te evalueer," het Klein gesê. 'Dan het ons in die tweede fase van die projek na 12 x 48 duim -panele oorgegaan, vragte toegepas om 'n biaxiale strestoestand te genereer om mislukking te veroorsaak, en het die herstelprestasie dan geëvalueer. In die tweede fase het ons ook die AMCB -model wat ons onderhoud gebou het, voltooi. ”
Bergen het gesê dat die toetspaneel wat gebruik is om die herstelprestasie te bewys, vervaardig is met dieselfde afstamming van laminate en kernmateriaal as AMCB wat deur Seemann -komposiete vervaardig is, “maar ons het die paneeldikte verminder van 0,375 duim tot 0,175 duim, gebaseer op die parallelle as -stelling . Dit is die geval. Die metode, tesame met die addisionele elemente van balkteorie en klassieke laminaatteorie [CLT], is gebruik om die traagheidsmoment en effektiewe styfheid van die volskaalse AMCB te koppel aan 'n kleiner grootte demo-produk wat makliker is om te hanteer en meer Koste-effektief. Dan is ons die eindige elementanalise [FEA] -model wat deur Xcraft Inc. (Boston, Massachusetts, VSA) ontwikkel is, gebruik om die ontwerp van strukturele herstelwerk te verbeter. ” Die koolstofveselstof wat vir die toetspanele gebruik is, en die AMCB -model is by Vectorply aangekoop, en die balsa -kern is gemaak deur kernkomposiete (Bristol, RI, VS).
Stap 1. Hierdie toetspaneel vertoon 'n gaatjie deursnee van 3 duim om skade wat in die middel gemerk is, te simuleer en die omtrek te herstel. Fotobron vir alle stappe: Custom Technologies LLC.
Stap 2. Gebruik 'n handmatige slyper met batterye om die beskadigde materiaal te verwyder en sluit die herstellappie met 'n taps van 12: 1 in.
“Ons wil 'n hoër mate van skade op die toetsbord simuleer as wat op die brugdek in die veld gesien kan word,” het Bergen verduidelik. 'Ons metode is dus om 'n gatsaag te gebruik om 'n gat van 3 duim te maak. Dan trek ons die prop van die beskadigde materiaal uit en gebruik 'n pneumatiese slymer met die hand om 'n serp van 12: 1 te verwerk. ”
Crane het verduidelik dat vir die herstel van koolstofvesel/epoxy, sodra die 'beskadigde' paneelmateriaal verwyder is en 'n toepaslike serp aangebring word, sal die prepreg tot breedte en lengte gesny word om by die tapse van die beskadigde gebied te pas. “Vir ons toetspaneel vereis dit dat vier lae Prepreg die herstelmateriaal in ooreenstemming met die bokant van die oorspronklike onbeskadigde koolstofpaneel hou. Daarna is die drie deklae koolstof/epoksie -prepreg daarop gekonsentreer op die herstelde deel. Elke opeenvolgende laag strek 1 duim aan alle kante van die onderste laag, wat 'n geleidelike lasoordrag van die 'goeie' omliggende materiaal na die herstelarea bied. ' Die totale tyd om hierdie herstel-voorbereiding van die herstelarea uit te voer, die herstelmateriaal te sny en te plaas en die uithardingsprosedure toe te pas-ongeveer 2,5 uur.
Vir koolstofvesel/epoxy prepreg word die herstelarea vir een uur lank vakuum verpak en genees by 210 ° F/99 ° C met 'n battery-aangedrewe termiese bonder.
Alhoewel koolstof-/epoxy -herstel eenvoudig en vinnig is, het die span die behoefte aan 'n meer gerieflike oplossing erken om die werkverrigting te herstel. Dit het gelei tot die verkenning van ultraviolet (UV) wat prepregs genees het. “Die belangstelling in Sunrez Vinylester -harsen is gebaseer op vorige vloot -ervaring met die stigter van die onderneming, Mark Livesay,” het Bergen verduidelik. 'Ons het eers 'n kwasi-isotropiese glasstof aan Sunrez voorsien, met behulp van hul vinielester-prepreg, en die uithardingskromme onder verskillende toestande geëvalueer. Daarbenewens, omdat ons weet dat vinielesterhars nie soos epoxyhars is wat geskikte sekondêre hegtingsprestasie bied nie, is addisionele pogings nodig om verskillende kleeflaag -koppelingsmiddels te evalueer en te bepaal watter een geskik is vir die toepassing. ”
'N Ander probleem is dat glasvesels nie dieselfde meganiese eienskappe as koolstofvesels kan voorsien nie. “In vergelyking met koolstof/epoksie -pleister, word hierdie probleem opgelos deur 'n ekstra laag glas/vinielester te gebruik,” het Crane gesê. 'Die rede waarom slegs een ekstra laag nodig is, is dat die glasmateriaal 'n swaarder stof is.' Dit lewer 'n geskikte pleister wat binne ses minute toegepas en gekombineer kan word, selfs by baie koue/vriespunt -temperatuur. Genesing sonder om hitte te gee. Crane het daarop gewys dat hierdie herstelwerk binne 'n uur voltooi kan word.
Albei pleisterstelsels is gedemonstreer en getoets. Vir elke herstelwerk word die area wat beskadig moet word gemerk (stap 1), met 'n gatsaag geskep en dan verwyder met behulp van 'n battery-aangedrewe handmasjien (stap 2). Sny dan die herstelde gebied in 'n taps van 12: 1. Maak die oppervlak van die serp met 'n alkoholblokkie skoon (stap 3). Sny dan die herstellappie in 'n sekere grootte, plaas dit op die skoongemaakte oppervlak (stap 4) en konsolideer dit met 'n roller om lugborrels te verwyder. Vir glasvesel/UV-omkeer vinylester Prepreg, plaas dit dan die vrylatinglaag op die herstelde gebied en genees die pleister met 'n draadlose UV-lamp vir ses minute (stap 5). Vir koolstofvesel/epoxy prepreg, gebruik 'n vooraf geprogrammeerde, eenknoppie, battery-aangedrewe termiese bonder om die herstelde gebied by 210 ° F/99 ° C vir een uur te genees.
Stap 5. Nadat u die skillaag op die herstelarea geplaas het, gebruik 'n draadlose UV -lamp om die pleister vir 6 minute te genees.
“Daarna het ons toetse uitgevoer om die kleefmiddel van die pleister te evalueer en die vermoë om die lasdraende kapasiteit van die struktuur te herstel,” het Bergen gesê. 'In die eerste fase moet ons die gemak van toepassing en die vermoë om ten minste 75% van die krag te verhaal, bewys. Dit word gedoen deur vierpuntbuiging op 'n 4 x 48 duim koolstofvesel/epoksiehars en balsa-kernbalk na die herstel van die gesimuleerde skade. Ja. Die tweede fase van die projek het 'n paneel van 12 x 48 duim gebruik en moet meer as 90% sterkte vereistes onder komplekse stambelasting hê. Ons het aan al hierdie vereistes voldoen, en toe die herstelmetodes op die AMCB -model gefotografeer. Hoe om Infield -tegnologie en -toerusting te gebruik om 'n visuele verwysing te gee. ”
'N Sleutelaspek van die projek is om te bewys dat beginners die herstelwerk maklik kan voltooi. Om hierdie rede het Bergen 'n idee gehad: 'Ek het belowe om ons twee tegniese kontakte in die leër te demonstreer: Dr. Bernard Sia en Ashley Genna. In die finale oorsig van die eerste fase van die projek het ek geen herstelwerk gevra nie. Ervare Ashley het die herstelwerk uitgevoer. Met behulp van die stel en handleiding wat ons verskaf het, het sy die pleister aangebring en die herstelwerk sonder enige probleme voltooi. ”
Figuur 2 Die battery-aangedrewe uitharding vooraf geprogrammeerde, battery-aangedrewe termiese bindingsmasjien kan die koolstofvesel/epoksieherstelvlek by die druk van 'n knoppie genees, sonder dat u kennis of uithardingsiklusprogrammering nodig het. Beeldbron: Custom Technologies, LLC
'N Ander sleutelontwikkeling is die battery-aangedrewe uithardingstelsel (Figuur 2). "Deur die instandhouding van die binneland het u slegs batterykrag," het Bergen daarop gewys. 'Al die prosesstoerusting in die herstelstel wat ons ontwikkel het, is draadloos.' Dit sluit in die battery-aangedrewe termiese binding wat gesamentlik ontwikkel is deur pasgemaakte tegnologieë en verskaffer van termiese bindingsmasjiene Wichitech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, VSA). “Hierdie battery-aangedrewe termiese bonder is vooraf geprogrammeer om die uitharding te voltooi, so beginners hoef nie die uithardingsiklus te programmeer nie,” het Crane gesê. 'Hulle moet net op 'n knoppie druk om die regte oprit te voltooi en te week.' Die batterye wat tans gebruik word, kan 'n jaar duur voordat dit herlaai moet word.
Met die voltooiing van die tweede fase van die projek, berei Custom Technologies vooropgestelde voorstelle vir opvolgverbetering voor en versamel briewe van belang en ondersteuning. “Ons doel is om hierdie tegnologie na TRL 8 te volwasse en dit na die veld te bring,” het Bergen gesê. 'Ons sien ook die potensiaal vir nie-militêre toepassings.'
Verduidelik die ou kuns agter die eerste veselversterking van die bedryf en het 'n diepgaande begrip van nuwe veselwetenskap en toekomstige ontwikkeling.
Binnekort en vir die eerste keer vlieg, maak die 787 staat op innovasies in saamgestelde materiale en prosesse om sy doelwitte te bereik
Postyd: Sep-02-2021