Portativ dəst otaq temperaturunda saxlanılan UV şüası ilə müalicə olunan fiberglas/vinil ester və ya karbon lif/epoksi prepreg və akkumulyatorla işləyən müalicə avadanlığı ilə təmir edilə bilər.#daxiliistehsal #infrastruktur
UV-müalicə olunan prepreg yamaq təmiri Custom Technologies MMC tərəfindən sahə daxili kompozit körpü üçün hazırlanmış karbon lifi/epoksi prepreg təmiri sadə və sürətli olduğunu sübut etsə də, şüşə liflə gücləndirilmiş UV-müalicə olunan vinil ester qatranının istifadəsi Prepreg daha rahat sistem işləyib hazırlayıb. .Şəkil mənbəyi: Custom Technologies MMC
Modul yerləşdirilə bilən körpülər hərbi-taktiki əməliyyatlar və logistika, habelə təbii fəlakətlər zamanı nəqliyyat infrastrukturunun bərpası üçün kritik aktivlərdir.Belə körpülərin çəkisini azaltmaq, bununla da nəqliyyat vasitələrinə və işə salma-bərpa mexanizmlərinə düşən yükü azaltmaq üçün kompozit konstruksiyalar tədqiq olunur.Metal körpülərlə müqayisədə, kompozit materiallar da yükdaşıma qabiliyyətini artırmaq və xidmət müddətini uzatmaq potensialına malikdir.
Qabaqcıl Modul Kompozit Körpü (AMCB) buna misaldır.Seemann Composites MMC (Gulfport, Mississippi, ABŞ) və Materials Sciences LLC (Horsham, PA, ABŞ) karbon lifi ilə gücləndirilmiş epoksi laminatlardan istifadə edir (Şəkil 1).) Layihələndirmə və tikinti).Bununla belə, bu cür konstruksiyaların sahədə təmiri mümkünlüyü kompozit materialların qəbuluna mane olan bir məsələ olmuşdur.
Şəkil 1 Kompozit körpü, əsas sahə daxili aktivi Advanced Modul Composite Bridge (AMCB) Seemann Composites MMC və Materials Sciences MMC tərəfindən karbon lifi ilə gücləndirilmiş epoksi qatran kompozitlərindən istifadə etməklə layihələndirilmiş və inşa edilmişdir.Şəkil mənbəyi: Seeman Composites LLC (solda) və ABŞ Ordusu (sağda).
2016-cı ildə Custom Technologies MMC (Millersville, MD, ABŞ) əsgərlər tərəfindən yerində uğurla yerinə yetirilə bilən təmir metodunu hazırlamaq üçün ABŞ Ordusu tərəfindən maliyyələşdirilən Kiçik Biznes İnnovasiyaları Araşdırması (SBIR) Faza 1 qrantı aldı.Bu yanaşmaya əsaslanaraq, SBIR qrantının ikinci mərhələsi 2018-ci ildə yeni materialların və akkumulyatorla işləyən avadanlığın nümayişi üçün verilmişdir, hətta yamaq təcrübəsiz tərəfindən əvvəlcədən təlim keçmədən yerinə yetirilsə belə, strukturun 90%-i və ya daha çoxu bərpa oluna bilər. güc.Texnologiyanın məqsədəuyğunluğu bir sıra təhlillər, material seçimi, nümunələrin istehsalı və mexaniki sınaq tapşırıqlarının yerinə yetirilməsi, həmçinin kiçik və tam miqyaslı təmir işləri ilə müəyyən edilir.
İki SBIR mərhələsində əsas tədqiqatçı Custom Technologies MMC-nin təsisçisi və prezidenti Maykl Bergendir.Bergen, Dəniz Səthi Müharibə Mərkəzindən (NSWC) Carderock-dan təqaüdə çıxdı və 27 il ərzində Strukturlar və Materiallar Departamentində xidmət etdi, burada ABŞ Hərbi Dəniz Qüvvələrinin donanmasında kompozit texnologiyaların inkişafı və tətbiqini idarə etdi.Dr.Roger Crane 2011-ci ildə ABŞ Hərbi Dəniz Qüvvələrindən təqaüdə çıxdıqdan sonra 2015-ci ildə Custom Technologies-ə qoşulub və 32 il xidmət edib.Onun kompozit materiallar üzrə ekspertizasına yeni kompozit materiallar, prototip istehsalı, əlaqə üsulları, çoxfunksiyalı kompozit materiallar, struktur sağlamlığının monitorinqi və kompozit materialın bərpası kimi mövzuları əhatə edən texniki nəşrlər və patentlər daxildir.
İki mütəxəssis Ticonderoga CG-47 sinifli idarə olunan raket kreyseri 5456-nın alüminium üst quruluşunda çatların təmiri üçün kompozit materiallardan istifadə edərək unikal proses hazırlayıb. 2 ilə 4 milyon dollar arasında bir platforma lövhəsinin dəyişdirilməsi" dedi Bergen.“Beləliklə, biz sübut etdik ki, biz laboratoriyadan kənarda və real xidmət mühitində təmiri necə yerinə yetirəcəyimizi bilirik.Lakin problem ondadır ki, mövcud hərbi aktiv üsulları o qədər də uğurlu deyil.Seçim birləşdirilmiş dupleks təmirdir [əsasən zədələnmiş ərazilərdə lövhəni yuxarıya yapışdırın] və ya anbar səviyyəsində (D səviyyəli) təmir üçün aktivi xidmətdən çıxarın.D səviyyəli təmir tələb olunduğu üçün bir çox aktivlər kənara qoyulur”.
O, daha sonra qeyd etdi ki, kompozit materiallarda təcrübəsi olmayan əsgərlər tərəfindən yalnız dəstlər və texniki xidmət kitabçalarından istifadə etməklə həyata keçirilə biləcək bir üsula ehtiyac var.Məqsədimiz prosesi sadələşdirməkdir: təlimatı oxuyun, zədələri qiymətləndirin və təmir edin.Biz maye qatranları qarışdırmaq istəmirik, çünki bu, tam müalicəni təmin etmək üçün dəqiq ölçmə tələb edir.Təmir başa çatdıqdan sonra heç bir təhlükəli tullantı olmayan bir sistemə ehtiyacımız var.Və o, mövcud şəbəkə tərəfindən yerləşdirilə bilən bir dəst kimi qablaşdırılmalıdır.”
Custom Technologies-in müvəffəqiyyətlə nümayiş etdirdiyi bir həll, zərərin ölçüsünə (12 kvadrat düymədək) uyğun olaraq yapışan kompozit yamağı fərdiləşdirmək üçün bərkidilmiş epoksi yapışdırıcıdan istifadə edən portativ dəstdir.Nümayiş 3 düym qalınlığında AMCB göyərtəsini təmsil edən kompozit material üzərində tamamlandı.Kompozit materialda 3 düym qalınlığında balsa ağacı nüvəsi (kub fut sıxlığı üçün 15 funt) və iki qat Vectorply (Phoenix, Arizona, ABŞ) C -LT 1100 karbon lifi 0°/90° ikioxlu tikişli parça, bir qat C-TLX 1900 karbon lifi 0°/+45°/-45° üç şaft və iki qat C-LT 1100, cəmi beş qat."Biz qərara gəldik ki, dəst çox oxlu kimi kvazizotrop laminatda prefabrik yamaqlardan istifadə edəcək ki, parça istiqaməti problem yaratmayacaq" dedi Kran.
Növbəti məsələ laminatın təmiri üçün istifadə olunan qatran matrisidir.Maye qatranı qarışdırmamaq üçün yamaq prepregdən istifadə edəcəkdir."Ancaq bu çətinliklər saxlamadır" dedi Bergen.Saxlana bilən yamaq həlli hazırlamaq üçün Custom Technologies şirkəti Sunrez Corp. (El Cajon, Kaliforniya, ABŞ) ilə 6 dəqiqə ərzində ultrabənövşəyi şüadan (UV) istifadə edə bilən şüşə lif/vinil ester prepreg hazırlamaq üçün əməkdaşlıq etdi.O, həmçinin yeni çevik epoksi filmin istifadəsini təklif edən Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, ABŞ) ilə əməkdaşlıq etdi.
İlkin tədqiqatlar göstərdi ki, epoksi qatranı karbon lifi prepregs üçün ən uyğun qatrandır-UV-müalicə olunan vinil ester və şəffaf şüşə lifi yaxşı işləyir, lakin işığın qarşısını alan karbon lifi altında sərtləşmir.Gougeon Brothers-in yeni filminə əsaslanaraq, son epoksi prepreg 210°F/99°C-də 1 saat qurudulur və otaq temperaturunda uzun rəf ömrünə malikdir - aşağı temperaturda saxlamağa ehtiyac yoxdur.Bergen dedi ki, daha yüksək şüşə keçid temperaturu (Tg) tələb olunarsa, qatran 350°F/177°C kimi daha yüksək temperaturda da müalicə olunacaq.Hər iki prepregs portativ təmir dəstində plastik film zərfində möhürlənmiş prepreg yamaqları yığını şəklində verilir.
Təmir dəsti uzun müddət saxlanıla bildiyi üçün, Custom Technologies-dən raf ömrünü araşdırması tələb olunur."Biz nəqliyyat avadanlıqlarında istifadə edilən tipik hərbi tipli dörd sərt plastik korpus aldıq və hər bir korpusa epoksi yapışqan və vinil ester prepreg nümunələri qoyduq" dedi Bergen.Qutular daha sonra sınaq üçün dörd fərqli yerə yerləşdirildi: Miçiqandakı Gougeon Brothers fabrikinin damı, Merilend hava limanının damı, Yucca Vadisində (Kaliforniya səhrası) açıq hava obyekti və Floridanın cənubundakı açıq korroziya sınaq laboratoriyası.Bergen qeyd edir ki, bütün hallarda məlumat kaydediciləri var, “Biz hər üç aydan bir qiymətləndirmə üçün məlumat və material nümunələri götürürük.Florida və Kaliforniyada qutularda qeydə alınan maksimum temperatur 140°F-dir ki, bu da əksər bərpa qatranları üçün yaxşıdır.Bu, əsl problemdir”.Bundan əlavə, Gougeon Brothers yeni hazırlanmış təmiz epoksi qatranını daxili sınaqdan keçirdi."Bir neçə ay ərzində 120 ° F-də sobada yerləşdirilən nümunələr polimerləşməyə başlayır" dedi Bergen."Lakin, 110 ° F-də saxlanılan müvafiq nümunələr üçün qatran kimyası yalnız az miqdarda yaxşılaşdı."
Təmir sınaq lövhəsində və Seemann Composites tərəfindən tikilmiş orijinal körpü ilə eyni laminat və əsas materialdan istifadə edilən AMCB-nin bu miqyaslı modelində yoxlanıldı.Şəkil mənbəyi: Custom Technologies MMC
Təmir texnikasını nümayiş etdirmək üçün nümayəndəsi laminat hazırlanmalı, zədələnməlidir və təmir edilməlidir."Layihənin birinci mərhələsində təmir prosesimizin mümkünlüyünü qiymətləndirmək üçün əvvəlcə kiçik ölçülü 4 x 48 düymlük şüalardan və dörd nöqtəli əyilmə testlərindən istifadə etdik" dedi Klein.“Sonra, layihənin ikinci mərhələsində 12 x 48 düymlük panellərə keçdik, nasazlığa səbəb olmaq üçün ikioxlu gərginlik vəziyyəti yaratmaq üçün yüklər tətbiq etdik və sonra təmir performansını qiymətləndirdik.İkinci mərhələdə biz təmir işlərini qurduğumuz AMCB modelini də tamamladıq”.
Bergen, təmir performansını sübut etmək üçün istifadə edilən sınaq panelinin Seemann Composites tərəfindən istehsal olunan AMCB ilə eyni laminat və əsas materialların istifadə olunaraq istehsal edildiyini söylədi, “lakin biz paralel ox teoreminə əsaslanaraq panel qalınlığını 0,375 düymdən 0,175 düymədək azalddıq. .Bu belədir.Metod şüa nəzəriyyəsinin əlavə elementləri və klassik laminat nəzəriyyəsi [CLT] ilə birlikdə tam miqyaslı AMCB-nin ətalət anını və effektiv sərtliyini idarə etmək daha asan olan daha kiçik ölçülü demo məhsulla əlaqələndirmək üçün istifadə edilmişdir. sərfəli.Sonra biz XCraft Inc. (Boston, Massaçusets, ABŞ) tərəfindən hazırlanmış sonlu elementlərin analizi [FEA] modeli struktur təmirinin dizaynını təkmilləşdirmək üçün istifadə olundu.Test panelləri və AMCB modeli üçün istifadə edilən karbon lifli parça Vectorply-dən alınmışdır və balsa nüvəsi Core Composites (Bristol, RI, ABŞ) tərəfindən hazırlanmışdır.
Addım 1. Bu test panelində mərkəzdə qeyd olunan zədələnmələri simulyasiya etmək və çevrəni təmir etmək üçün 3 düymlük deşik diametri göstərilir.Bütün addımlar üçün foto mənbəyi: Custom Technologies MMC.
Addım 2. Zədələnmiş materialı çıxarmaq üçün akkumulyatorla işləyən əl dəyirmanından istifadə edin və təmir yamasını 12:1 nisbətində bir kontur ilə bağlayın.
"Biz sınaq lövhəsində sahədəki körpünün göyərtəsində görünə biləcəyindən daha yüksək dərəcədə zədələnməni simulyasiya etmək istəyirik" dedi Bergen.“Beləliklə, bizim metodumuz 3 düym diametrli bir çuxur hazırlamaq üçün mişardan istifadə etməkdir.Sonra zədələnmiş materialın tıxacını çıxarırıq və 12:1 şərfi emal etmək üçün əl pnevmatik dəyirmanı istifadə edirik”.
Crane izah etdi ki, karbon lifi/epoksi təmiri üçün “zədələnmiş” panel materialı çıxarıldıqdan və müvafiq eşarp tətbiq edildikdən sonra, prepreg zədələnmiş ərazinin daralmasına uyğun olaraq eni və uzunluğu ilə kəsiləcək.“Bizim sınaq panelimiz üçün təmir materialını orijinal zədələnməmiş karbon panelinin üst hissəsinə uyğun saxlamaq üçün dörd qat prepreg tələb olunur.Bundan sonra, karbon/epoksi prepreginin üç örtük təbəqəsi təmir edilmiş hissədə cəmlənir.Hər bir ardıcıl təbəqə aşağı təbəqənin hər tərəfində 1 düym uzanır ki, bu da yükün "yaxşı" ətrafdakı materialdan təmir edilmiş sahəyə tədricən ötürülməsini təmin edir.Bu təmiri yerinə yetirmək üçün ümumi vaxt, o cümlədən təmir sahəsinin hazırlanması, bərpa materialının kəsilməsi və yerləşdirilməsi və qurutma prosedurunun tətbiqi - təxminən 2,5 saat.
Karbon lif/epoksi prepreg üçün təmir sahəsi vakuumla qablaşdırılır və batareya ilə işləyən termal bağlayıcıdan istifadə edərək 210°F/99°C-də bir saat ərzində qurudulur.
Karbon/epoksi təmiri sadə və sürətli olsa da, komanda performansı bərpa etmək üçün daha rahat həllə ehtiyac olduğunu anladı.Bu, ultrabənövşəyi (UV) ilə müalicə olunan prepreglərin tədqiqinə gətirib çıxardı."Sunrez vinil ester qatranlarına maraq şirkətin qurucusu Mark Livesay ilə əvvəlki dəniz təcrübəsinə əsaslanır" dedi Bergen.“Biz əvvəlcə Sunrez-i onların vinil ester prepregindən istifadə edərək kvazizotrop şüşə parça ilə təmin etdik və müxtəlif şərtlər altında müalicə əyrisini qiymətləndirdik.Bundan əlavə, vinil ester qatranının uyğun ikincili yapışma performansını təmin edən epoksi qatranı kimi olmadığını bildiyimiz üçün, müxtəlif yapışan təbəqə birləşdirici maddələri qiymətləndirmək və hansının tətbiq üçün uyğun olduğunu müəyyən etmək üçün əlavə səylər tələb olunur.
Başqa bir problem, şüşə liflərin karbon lifləri ilə eyni mexaniki xüsusiyyətləri təmin edə bilməməsidir."Karbon/epoksi yamaq ilə müqayisədə bu problem əlavə şüşə/vinil ester qatından istifadə etməklə həll edilir" dedi Kran.“Yalnız bir əlavə təbəqəyə ehtiyac duyulmasının səbəbi şüşə materialın daha ağır parça olmasıdır.”Bu, hətta çox soyuq/dondurucu sahə temperaturlarında belə altı dəqiqə ərzində tətbiq oluna və birləşdirilə bilən uyğun yamaq istehsal edir.İstilik vermədən sərtləşmə.Vinç, bu təmir işinin bir saat ərzində tamamlana biləcəyinə diqqət çəkdi.
Hər iki yamaq sistemi nümayiş etdirilib və sınaqdan keçirilib.Hər bir təmir üçün zədələnəcək sahə qeyd olunur (addım 1), çuxur testerəsi ilə yaradılır və sonra batareya ilə işləyən əl dəyirmanı istifadə edərək çıxarılır (addım 2).Sonra təmir edilmiş ərazini 12:1 nisbətində bir konik şəklində kəsin.Şərfin səthini spirt yastığı ilə təmizləyin (addım 3).Sonra, təmir yamasını müəyyən bir ölçüdə kəsin, təmizlənmiş səthə qoyun (addım 4) və hava kabarcıklarını çıxarmaq üçün bir rulonla birləşdirin.Şüşə lifi/UV-davam edən vinil ester prepreg üçün, sonra təmir edilmiş sahəyə ayırma qatını qoyun və yamağı simsiz UV lampası ilə altı dəqiqə qurudun (addım 5).Karbon lif/epoksi prepreg üçün əvvəlcədən proqramlaşdırılmış, bir düyməli, akkumulyatorla işləyən termal bağlayıcıdan paketi tozsoranla təmizləmək və təmir olunmuş ərazini bir saat ərzində 210°F/99°C-də müalicə etmək üçün istifadə edin.
Addım 5. Təmir edilmiş sahəyə soyma qatını qoyduqdan sonra, yamağı 6 dəqiqə müalicə etmək üçün simsiz UV lampasından istifadə edin.
"Sonra biz yamağın yapışqanlığını və strukturun yükdaşıma qabiliyyətini bərpa etmək qabiliyyətini qiymətləndirmək üçün sınaqlar keçirdik" dedi Bergen.“Birinci mərhələdə tətbiqin asanlığını və gücün ən azı 75%-ni bərpa etmək qabiliyyətini sübut etməliyik.Bu, simulyasiya edilmiş zədəni təmir etdikdən sonra 4 x 48 düymlük karbon lif/epoksi qatran və balsa əsas şüa üzərində dörd nöqtəli əyilmə ilə edilir.Bəli.Layihənin ikinci mərhələsində 12 x 48 düymlük panel istifadə edilib və mürəkkəb gərginlik yükləri altında 90%-dən çox güc tələbləri nümayiş etdirməlidir.Biz bütün bu tələbləri yerinə yetirdik və sonra AMCB modelində təmir üsullarını çəkdik.Vizual istinad təmin etmək üçün sahə daxili texnologiya və avadanlıqlardan necə istifadə etmək olar.
Layihənin əsas cəhəti yeni başlayanların təmiri asanlıqla başa çatdıra biləcəyini sübut etməkdir.Bu səbəbdən Bergenin ağlına belə bir fikir gəldi: “Ordudakı iki texniki əlaqəmizə: Doktor Bernard Sia və Ashley Gennaya nümayiş etdirməyə söz vermişəm.Layihənin birinci mərhələsinin yekun nəzərdən keçirilməsində mən heç bir təmir tələb etmədim.Təmiri təcrübəli Eşli həyata keçirib.Təqdim etdiyimiz dəstdən və təlimatdan istifadə edərək yamağı tətbiq etdi və heç bir problem olmadan təmiri başa çatdırdı.
Şəkil 2 Batareya ilə işləyən, qabaqcadan proqramlaşdırılmış, batareya ilə işləyən termal yapışdırıcı maşın təmir biliyinə və ya müalicə dövrü proqramlaşdırmasına ehtiyac olmadan bir düyməyə basmaqla karbon lifi/epoksi təmir yağını müalicə edə bilər.Şəkil mənbəyi: Custom Technologies, LLC
Digər əsas inkişaf batareya ilə işləyən müalicə sistemidir (Şəkil 2)."Sahə daxilində texniki xidmət sayəsində yalnız batareya gücünə sahibsiniz" dedi Bergen."İnkişaf etdiyimiz təmir dəstindəki bütün texnoloji avadanlıqlar simsizdir."Bura, Custom Technologies və istilik birləşdirici maşın təchizatçısı WichiTech Industries Inc. (Randallstown, Merilend, ABŞ) maşını tərəfindən birgə hazırlanmış akkumulyatorla işləyən termal bağlama daxildir."Batareya ilə işləyən bu termal bağlayıcı əvvəlcədən müalicəni başa çatdırmaq üçün proqramlaşdırılmışdır, ona görə də təcrübəsizlərin müalicə dövrünü proqramlaşdırmasına ehtiyac yoxdur" dedi Kran."Onlar sadəcə düzgün enişi tamamlamaq və islatmaq üçün düyməni basmalıdırlar."Hal-hazırda istifadə olunan akkumulyatorlar yenidən doldurulmadan əvvəl bir il davam edə bilər.
Layihənin ikinci mərhələsinin tamamlanması ilə Custom Technologies sonrakı təkmilləşdirmə təkliflərini hazırlayır və maraq və dəstək məktubları toplayır."Məqsədimiz bu texnologiyanı TRL 8-ə çatdırmaq və sahəyə gətirməkdir" dedi Bergen."Biz qeyri-hərbi tətbiqlər üçün də potensial görürük."
Sənayenin ilk lif möhkəmləndirilməsinin arxasında duran köhnə sənəti izah edir və yeni lif elmi və gələcək inkişafı haqqında dərin anlayışa malikdir.
Tezliklə və ilk dəfə uçan 787, məqsədlərinə çatmaq üçün kompozit materiallarda və proseslərdə yeniliklərə güvənir.
Göndərmə vaxtı: Sentyabr-02-2021