Hægt er að gera við flytjanlega búnaðinn með UV-áberandi trefj #InsIdEMonufacturing #Infrastructure
UV-yfirstillanleg prepreg plástur viðgerð Þrátt fyrir að koltrefjar/epoxý prepreg viðgerðir þróaðar af Custom Technologies LLC fyrir innherja samsettu brú reyndist einföld og fljótleg, notkun glertrefja styrkt UV-björg vínýl ester plastefni PrePreg hefur þróað þægilegra kerfi . Uppspretta myndar: Custom Technologies LLC
Modular dreifanlegar brýr eru mikilvægar eignir fyrir hernaðaraðgerðir og flutninga, svo og endurreisn samgöngumannvirkja við náttúruhamfarir. Samsett mannvirki er verið að rannsaka til að draga úr þyngd slíkra brýr og draga þannig úr byrði á flutningabifreiðum og ræsingaraðferðum. Í samanburði við málmbrýr geta samsett efni einnig möguleika á að auka álagsgetu og auka þjónustulíf.
Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) er dæmi. Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, BNA) og Materials Sciences LLC (Horsham, PA, BNA) nota kolefnisstyrkt epoxýskiptati (mynd 1). ) Hönnun og smíði). Hæfni til að gera við slík mannvirki á þessu sviði hefur þó verið mál sem hindrar upptöku samsettra efna.
Mynd 1 Samsett brú, lykill innrásar Asset Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) var hannaður og smíðaður af Seemann Composites LLC og Materials Sciences LLC með því að nota koltrefja styrkt epoxý plastefni samsetningar. Uppruni myndar: Seeman Composites LLC (vinstri) og Bandaríkjaher (til hægri).
Árið 2016 hlaut Custom Technologies LLC (Millersville, MD, BNA) bandarískt her sem styrkt var af litlum fyrirtækjum nýsköpunar (SBIR) áfanga 1 til að þróa viðgerðaraðferð sem hægt er að framkvæma á staðnum af hermönnum. Byggt á þessari nálgun var annar áfangi SBIR-styrksins veittur árið 2018 til að sýna ný efni og rafknúinn búnað, jafnvel þó að plásturinn sé framkvæmdur af nýliði án fyrri þjálfunar, er hægt að endurheimta 90% eða meira af uppbyggingunni RAW RAW RAW styrkur. Hagkvæmni tækninnar ræðst með því að framkvæma röð greiningar, efnisvals, framleiðslu og vélrænna prófunarverkefna, svo og viðgerðir á litlum mæli og í fullri stærð.
Helsti rannsóknarmaðurinn í SBIR stigunum tveimur er Michael Bergen, stofnandi og forseti Custom Technologies LLC. Bergen lét af störfum frá Carderock frá Surfa Surface Warfare Center (NSWC) og starfaði í mannvirkjum og efnisdeildinni í 27 ár, þar sem hann stjórnaði þróun og beitingu samsettrar tækni í flota bandaríska sjóhersins. Dr. Roger Crane gekk til liðs við sérsniðna tækni árið 2015 eftir að hann lét af störfum frá bandaríska sjóhernum árið 2011 og hefur starfað í 32 ár. Sérþekking hans á samsettum efnum felur í sér tæknileg rit og einkaleyfi, sem fjalla um efni eins og ný samsett efni, framleiðslu frumgerðar, tengingaraðferðir, fjölhæf samsett efni, byggingarheilsueftirlit og endurreisn samsettra efnis.
Sérfræðingarnir tveir hafa þróað einstakt ferli sem notar samsett efni til að gera við sprungurnar í yfirbyggingu Ticonderoga CG-47 bekkjarleiðbeiningar flugskeyti 5456. „Ferlið var þróað til að draga úr vexti sprungna og til að þjóna sem hagkvæmur valkostur Til að skipta um vettvangsstjórn 2 til 4 milljónir dollara, “sagði Bergen. „Svo sannuðum við að við vitum hvernig á að framkvæma viðgerðir utan rannsóknarstofunnar og í raunverulegu þjónustuumhverfi. En áskorunin er sú að núverandi hernaðaraðferðir eru ekki mjög vel. Valkosturinn er tengdur tvíhliða viðgerð [í grundvallaratriðum á skemmdum svæðum límdu borð upp á toppinn] eða fjarlægðu eignina úr þjónustu vegna viðgerðar á vöruhússtigi (D-stig). Vegna þess að krafist er D-stigs viðgerðar eru margar eignir lagðar til hliðar. “
Hann hélt áfram að segja að það sem þarf er aðferð sem hermenn geta framkvæmt án reynslu af samsettum efnum og notaði aðeins pökkum og viðhaldshandbókum. Markmið okkar er að gera ferlið einfalt: Lestu handbókina, metið tjónið og framkvæmir viðgerðir. Við viljum ekki blanda fljótandi kvoða, þar sem það krefst nákvæmrar mælingar til að tryggja fullkomna lækningu. Við þurfum líka kerfi án hættulegs úrgangs eftir að viðgerðum er lokið. Og það verður að vera pakkað sem sett sem hægt er að beita af núverandi neti. “
Ein lausn sem sérsniðin tækni sýndi með góðum árangri er flytjanlegur búnaður sem notar hertan epoxý lím til að aðlaga lím samsettra plásturs í samræmi við stærð tjónsins (allt að 12 fermetra). Sýningunni var lokið á samsettu efni sem táknaði 3 tommu þykkt AMCB þilfari. Samsetta efnið er með 3 tommu þykkt balsa viðar kjarna (15 pund á rúmmetra fótaþéttleika) og tvö lög af vectorly (Phoenix, Arizona, Bandaríkjunum) C -LT 1100 kolefnistrefjar 0 °/90 ° biaxial saumað efni, eitt lag af C-TLX 1900 koltrefjar 0 °/+45 °/-45 ° þrír stokka og tvö lög af C-LT 1100, samtals fimm lög. „Við ákváðum að búnaðurinn muni nota forsmíðaða plástra í hálfgerða-samsætu lagskiptum svipaðri multi-ás þannig að efnisstefnan verður ekki mál,“ sagði Crane.
Næsta tölublað er plastefni fylkið sem notað er við lagskipt viðgerðir. Til að forðast að blanda fljótandi plastefni mun plásturinn nota prepreg. „Þessar áskoranir eru þó geymsla,“ útskýrði Bergen. Til að þróa geymsluplásturlausn hefur Custom Technologies átt í samstarfi við Sunrez Corp. (El Cajon, Kaliforníu, Bandaríkjunum) til að þróa glertrefjar/vinyl ester prepreg sem getur notað útfjólubláu ljós (UV) á sex mínútna ljós lækningu. Það starfaði einnig með Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, Bandaríkjunum), sem benti til notkunar nýrrar sveigjanlegrar epoxýmyndar.
Snemma rannsóknir hafa sýnt að epoxý plastefni er heppilegasta plastefni fyrir koltrefjar prepregs-UV-áberandi vinylester og hálfgagnsær glertrefjar virka vel, en lækna ekki undir léttum kolefnistrefjum. Byggt á nýrri kvikmynd Gougeon Brothers er loka epoxý prepreg læknuð í 1 klukkustund við 210 ° F/99 ° C og hefur langan geymsluþol við stofuhita-engin þörf fyrir geymslu með lágum hita. Bergen sagði að ef hærra glerbreytingarhitastig (TG) er krafist, verði plastefni einnig læknað við hærra hitastig, svo sem 350 ° F/177 ° C. Báðir prepregs eru til staðar í færanlegu viðgerðarbúnaði sem stafla af prepreg plástrum sem eru innsiglaðir í plastfilmu umslagi.
Þar sem viðgerðarbúnaðinn getur verið geymdur í langan tíma þarf sérsniðin tækni til að framkvæma geymsluþol. „Við keyptum fjögur harða plastklefa - dæmigerð hernaðargerð sem notuð var í flutningatæki - og settum sýni af epoxýlím og vinyl ester fyrirfram í hverri girðingu,“ sagði Bergen. Kassarnir voru síðan settir á fjóra mismunandi staði til að prófa: þak Gougeon Brothers verksmiðjunnar í Michigan, þaki Maryland -flugvallarins, útivistarstöðin í Yucca Valley (Kaliforníu eyðimörk) og tæringarprófunarstofu úti í Suður -Flórída. Öll tilvik eru með gagnaskrár, bendir Bergen á, „Við tökum gögn og efnissýni til mats á þriggja mánaða fresti. Hámarkshiti sem skráður er í kassunum í Flórída og Kaliforníu er 140 ° F, sem er gott fyrir flestar endurreisnar kvoða. Það er raunveruleg áskorun. “ Að auki prófuðu Gougeon -bræður innbyrðis nýlega þróaða hreinu epoxýplastefni. „Sýni sem hafa verið sett í ofni við 120 ° F í nokkra mánuði byrja að fjölliða,“ sagði Bergen. „Hins vegar, fyrir samsvarandi sýni sem haldið var við 110 ° F, batnaði efnafræði plastefni aðeins með litlu magni.“
Viðgerðin var staðfest á prófborðinu og þetta mælikvarða líkan af AMCB, sem notaði sama lagskipta og kjarnaefni og upprunalega brúin byggð af Seemann Composites. Uppspretta myndar: Custom Technologies LLC
Til að sýna fram á viðgerðartæknina verður að framleiða dæmigerð lagskipt, skemmd og viðgerð. „Í fyrsta áfanga verkefnisins notuðum við upphaflega smá 4 x 48 tommu geisla og fjögurra stiga beygingarpróf til að meta hagkvæmni viðgerðarferlis okkar,“ sagði Klein. „Síðan fórum við yfir í 12 x 48 tommu spjöld í öðrum áfanga verkefnisins, beittum álagi til að búa til biaxial streituástand til að valda bilun og metum síðan viðgerðarárangur. Í öðrum áfanga kláruðum við einnig AMCB líkanið sem við byggðum upp viðhald. “
Bergen sagði að prófunarborðið sem notað var til að sanna að viðgerðarárangurinn væri framleiddur með sömu ætterni af lagskiptum og kjarnaefnum og AMCB framleiddur af Seemann Composites, „en við minnkuðum þykkt pallborðsins úr 0,375 tommur í 0,175 tommur, byggð á samsíða ás setningunni. . Þetta er tilfellið. Aðferðin, ásamt viðbótarþáttum geislakenninga og klassískrar lagskipta kenningar [CLT], var notuð til að tengja augnablikið af tregðu og árangursríkri stífni AMCB í fullri stærð við minni kynningu vöru sem er auðveldara að meðhöndla og fleira hagkvæm. Síðan, við endanlegt frumefni greining [FEA] líkanið þróað af Xcraft Inc. (Boston, Massachusetts, Bandaríkjunum) var notuð til að bæta hönnun byggingarviðgerða. “ Koltrefjarefnið sem notað var við prófunarplöturnar og AMCB líkanið var keypt af Vectorly og Balsa kjarninn var gerður af kjarna samsettum (Bristol, RI, Bandaríkjunum).
Skref 1. Þessi prófunarborð sýnir 3 tommu þvermál holu til að líkja eftir skemmdum sem merktar eru í miðjunni og gera við ummál. Ljósmyndarheimild fyrir öll skref: Custom Technologies LLC.
Skref 2. Notaðu rafhlöðuknúna handvirkan kvörn til að fjarlægja skemmda efnið og umlykja viðgerðarplásturinn með 12: 1 taper.
„Við viljum líkja eftir meiri tjóni á prófborðinu en sést á brúarþilfari á sviði,“ útskýrði Bergen. „Svo aðferð okkar er að nota holusög til að búa til 3 tommu þvermál gat. Síðan drögum við út tappann af skemmdu efninu og notum handfesta pneumatic kvörn til að vinna úr 12: 1 trefil. “
Crane útskýrði að við viðgerðir á koltrefjum/epoxý, þegar „skemmda“ spjaldið er fjarlægt og viðeigandi trefil er beitt, verður prepreg skorinn að breidd og lengd til að passa við taper á skemmda svæðinu. „Fyrir prófborðið okkar þarf þetta fjögur lög af prepreg til að halda viðgerðarefninu í samræmi við topp upprunalegu óskemmda kolefnisplötunnar. Eftir það eru þrjú þekjulögin af kolefnis/epoxý prepreg einbeitt að þessu á viðgerðarhlutanum. Hvert röð í röð nær 1 tommu á öllum hliðum neðra lagsins, sem veitir smám saman álagsfærslu frá „góðu“ umhverfinu til viðgerðar svæðisins. “ Heildartími til að framkvæma þessa viðgerðarsvið viðgerðarsvæðis, skera og setja endurreisnarefnið og beita ráðhúsinu-um það bil 2,5 klukkustundir.
Fyrir koltrefja/epoxý prepreg er viðgerðarsvæðið tómarúm pakkað og læknað við 210 ° F/99 ° C í eina klukkustund með því að nota rafhlöðuknúna hitauppstreymi.
Þrátt fyrir að kolefnis/epoxýviðgerð sé einföld og fljótleg, viðurkenndi teymið þörfina fyrir þægilegri lausn til að endurheimta afköst. Þetta leiddi til þess að könnun á útfjólubláum (UV) læknaði forpreys. „Áhuginn á Sunrez Vinyl Ester kvoða er byggður á fyrri reynslu af flotanum með stofnanda fyrirtækisins Mark Livesay,“ útskýrði Bergen. „Við útveguðum Sunrez fyrst hálf-ísótrópískt glerefni, notuðum vinyl ester prepreg þeirra og metum ráðhúsferilinn við mismunandi aðstæður. Að auki, vegna þess að við vitum að vinyl esterplastefni er ekki eins og epoxýplastefni sem veitir viðeigandi afköst viðloðunar, svo að viðbótarviðleitni er nauðsynleg til að meta ýmis lím tengibúnaðar og ákvarða hvaða hentar notkunarinnar. “
Annað vandamál er að glertrefjar geta ekki veitt sömu vélrænu eiginleika og kolefnis trefjar. „Í samanburði við kolefnis/epoxýplástur er þetta vandamál leyst með því að nota auka lag af gleri/vinylester,“ sagði Crane. „Ástæðan fyrir því að aðeins eitt lag er þörf er að glerefnið er þyngri efni.“ Þetta framleiðir viðeigandi plástur sem hægt er að beita og sameina innan sex mínútna, jafnvel við mjög kalt/frystingu hitastigs. Lækna án þess að veita hita. Crane benti á að hægt væri að ljúka þessari viðgerðarvinnu innan klukkutíma.
Sýnt hefur verið fram á bæði plásturskerfi og prófað. Fyrir hverja viðgerð er svæðið sem á að skemmast merkt (skref 1), búið til með holu sagi og síðan fjarlægt með rafhlöðuknúnu handvirkri kvörn (skref 2). Skerið síðan viðgerðarsvæðið í 12: 1 taper. Hreinsið yfirborð trefilsins með áfengispúði (skref 3). Næst skaltu skera viðgerðarplásturinn í ákveðna stærð, setja hann á hreinsaða yfirborðið (skref 4) og sameina hann með vals til að fjarlægja loftbólur. Fyrir glertrefjar/UV-Curing Vinyl Ester prepreg, settu síðan losunarlagið á viðgerðarsvæðið og lækna plásturinn með þráðlausri UV lampa í sex mínútur (skref 5). Fyrir koltrefjar/epoxý prepreg skaltu nota for-forritaðan, einn hnapp, rafknúinn hitauppstreymi til að ryksuga og lækna viðgerðarsvæðið við 210 ° F/99 ° C í eina klukkustund.
Skref 5.
„Síðan gerðum við próf til að meta viðloðun plástursins og getu hans til að endurheimta álagsgetu mannvirkisins,“ sagði Bergen. „Í fyrsta stigi verðum við að sanna auðvelda notkun og getu til að endurheimta að minnsta kosti 75% af styrknum. Þetta er gert með fjögurra punkta beygju á 4 x 48 tommu koltrefjar/epoxý plastefni og Balsa kjarna geisla eftir að hafa lagað eftir herma skemmdir. Já. Annar áfangi verkefnisins notaði 12 x 48 tommu spjaldið og verður að sýna meira en 90% styrkþörf undir flóknu stofnálagi. Við uppfylltum allar þessar kröfur og ljósmynduðum síðan viðgerðaraðferðirnar á AMCB líkaninu. Hvernig á að nota innrásartækni og búnað til að veita sjónræna tilvísun. “
Lykilatriði verkefnisins er að sanna að nýliði geti auðveldlega klárað viðgerðina. Af þessum sökum hafði Bergen hugmynd: „Ég hef lofað að sýna tveimur tæknilegum tengiliðum okkar í hernum: Dr. Bernard Sia og Ashley Genna. Í lokaúttekt á fyrsta áfanga verkefnisins bað ég um engar viðgerðir. Reyndur Ashley framkvæmdi viðgerðina. Með því að nota búnaðinn og handbókina sem við veittum, notaði hún plásturinn og lauk viðgerðinni án vandræða. “
Mynd 2 Rafhlöðuknúin ráðhús fyrirfram forritað, rafknúin hitauppstreymisvél getur læknað koltrefjar/epoxý viðgerðarplástur með því að ýta á hnappinn, án þess að þörf sé á viðgerðarþekkingu eða forritun á ráðhúsi. Uppspretta myndar: Sérsniðin tækni, LLC
Önnur lykilþróun er rafhlöðuknúið ráðhús (mynd 2). „Í gegnum viðhald innrásar hefurðu aðeins rafhlöðuorku,“ benti Bergen á. „Allur vinnslubúnaður í viðgerðarbúnaðinum sem við þróuðum er þráðlaust.“ Þetta felur í sér rafhlöðuknúna hitauppstreymi sem er þróuð sameiginlega með sérsniðnum tækni og hitauppstreymisbúnaði Wichitech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, USA) vél. „Þessi rafknúna hitauppstreymi er forforritaður til að ljúka ráðhúsi, svo nýliði þurfa ekki að forrita ráðhúsferilinn,“ sagði Crane. „Þeir þurfa bara að ýta á hnapp til að klára rétta pall og drekka.“ Rafhlöðurnar sem nú eru í notkun geta varað í eitt ár áður en þær þurfa að endurhlaða.
Með því að ljúka öðrum áfanga verkefnisins er Custom Technologies að undirbúa tillögur um framför eftir eftirfylgni og safna áhuga og stuðningi. „Markmið okkar er að þroskast þessa tækni til TRL 8 og koma henni á völlinn,“ sagði Bergen. „Við sjáum líka möguleika á forritum sem ekki eru hernaðarlega.“
Útskýrir gamla listina á bak við fyrstu trefjarstyrkingu iðnaðarins og hefur ítarlegan skilning á nýjum trefjarvísindum og framtíðarþróun.
Komandi fljótlega og fljúga í fyrsta skipti, 787 treystir á nýjungar í samsettum efnum og ferlum til að ná markmiðum sínum
Pósttími: SEP-02-2021