Gellir atgyweirio'r pecyn cludadwy gyda gwydr ffibr / ester finyl y gellir ei wella â UV neu ragpreg ffibr carbon / epocsi wedi'i storio ar dymheredd ystafell ac offer halltu wedi'i bweru gan fatri. #gweithgynhyrchu tu mewn #isadeiledd
Trwsio patsh prepreg UV-gwelladwy Er bod y gwaith atgyweirio prepreg ffibr carbon / epocsi a ddatblygwyd gan Custom Technologies LLC ar gyfer y bont gyfansawdd yn y maes wedi profi i fod yn syml ac yn gyflym, mae'r defnydd o resin ester finyl UV-curadwy wedi'i atgyfnerthu â ffibr gwydr Prepreg wedi datblygu system fwy cyfleus. . Ffynhonnell delwedd: Custom Technologies LLC
Mae pontydd modiwlaidd y gellir eu defnyddio yn asedau hanfodol ar gyfer gweithrediadau tactegol milwrol a logisteg, yn ogystal ag adfer seilwaith trafnidiaeth yn ystod trychinebau naturiol. Mae strwythurau cyfansawdd yn cael eu hastudio i leihau pwysau pontydd o'r fath, a thrwy hynny leihau'r baich ar gerbydau trafnidiaeth a mecanweithiau adfer lansio. O'i gymharu â phontydd metel, mae gan ddeunyddiau cyfansawdd hefyd y potensial i gynyddu'r gallu i gynnal llwyth ac ymestyn oes y gwasanaeth.
Mae'r Bont Gyfansawdd Modiwlaidd Uwch (AMCB) yn enghraifft. Mae Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, UD) a Materials Sciences LLC (Horsham, PA, UD) yn defnyddio laminiadau epocsi wedi'u hatgyfnerthu â ffibr carbon (Ffigur 1). ) Dylunio ac adeiladu). Fodd bynnag, mae'r gallu i atgyweirio strwythurau o'r fath yn y maes wedi bod yn broblem sy'n rhwystro mabwysiadu deunyddiau cyfansawdd.
Ffigur 1 Pont gyfansawdd, ased allweddol infield Dyluniwyd ac adeiladwyd Pont Gyfansawdd Modiwlaidd Uwch (AMCB) gan Seemann Composites LLC a Materials Sciences LLC gan ddefnyddio cyfansoddion resin epocsi wedi'u hatgyfnerthu â ffibr carbon. Ffynhonnell y llun: Seeman Composites LLC (chwith) a Byddin yr UD (dde).
Yn 2016, derbyniodd Custom Technologies LLC (Millersville, MD, UD) grant Cam 1 Ymchwil Arloesedd Busnesau Bach (SBIR) a ariennir gan Fyddin yr UD i ddatblygu dull atgyweirio y gellir ei berfformio'n llwyddiannus ar y safle gan filwyr. Yn seiliedig ar y dull hwn, dyfarnwyd ail gam y grant SBIR yn 2018 i arddangos deunyddiau newydd ac offer sy'n cael ei bweru gan fatri, hyd yn oed os yw'r clwt yn cael ei berfformio gan ddechreuwyr heb hyfforddiant blaenorol, gellir adfer 90% neu fwy o'r strwythur yn Amrwd. nerth. Mae dichonoldeb y dechnoleg yn cael ei bennu trwy gyflawni cyfres o dasgau dadansoddi, dethol deunyddiau, gweithgynhyrchu sbesimen a phrofi mecanyddol, yn ogystal ag atgyweiriadau ar raddfa fach a graddfa lawn.
Y prif ymchwilydd yn y ddau gam SBIR yw Michael Bergen, sylfaenydd a llywydd Custom Technologies LLC. Ymddeolodd Bergen o Carderock o Ganolfan Rhyfela Arwyneb y Llynges (NSWC) a gwasanaethodd yn yr Adran Strwythurau a Deunyddiau am 27 mlynedd, lle bu'n rheoli datblygu a chymhwyso technolegau cyfansawdd yn fflyd Llynges yr UD. Ymunodd Dr. Roger Crane â Custom Technologies yn 2015 ar ôl ymddeol o Lynges yr UD yn 2011 ac mae wedi gwasanaethu am 32 mlynedd. Mae ei arbenigedd deunyddiau cyfansawdd yn cynnwys cyhoeddiadau technegol a phatentau, gan gwmpasu pynciau fel deunyddiau cyfansawdd newydd, gweithgynhyrchu prototeip, dulliau cysylltu, deunyddiau cyfansawdd amlswyddogaethol, monitro iechyd strwythurol, ac adfer deunyddiau cyfansawdd.
Mae'r ddau arbenigwr wedi datblygu proses unigryw sy'n defnyddio deunyddiau cyfansawdd i atgyweirio'r craciau yn uwch-strwythur alwminiwm y llong taflegrau dan arweiniad dosbarth Ticonderoga CG-47 5456. “Datblygwyd y broses i leihau twf craciau ac i wasanaethu fel dewis arall darbodus. i ddisodli bwrdd platfform o 2 i 4 miliwn o ddoleri, ”meddai Bergen. “Felly fe wnaethon ni brofi ein bod ni'n gwybod sut i wneud atgyweiriadau y tu allan i'r labordy ac mewn amgylchedd gwasanaeth go iawn. Ond yr her yw nad yw dulliau asedau milwrol presennol yn llwyddiannus iawn. Yr opsiwn yw bondio atgyweirio deublyg [yn y bôn mewn ardaloedd sydd wedi'u difrodi Gludwch fwrdd i'r brig] neu ddileu'r ased o wasanaeth ar gyfer atgyweiriadau lefel warws (lefel D). Oherwydd bod angen atgyweiriadau lefel D, mae llawer o asedau’n cael eu rhoi o’r neilltu.”
Aeth ymlaen i ddweud mai'r hyn sydd ei angen yw dull y gellir ei berfformio gan filwyr heb unrhyw brofiad mewn deunyddiau cyfansawdd, gan ddefnyddio dim ond citiau a llawlyfrau cynnal a chadw. Ein nod yw gwneud y broses yn syml: darllenwch y llawlyfr, gwerthuswch y difrod a pherfformio atgyweiriadau. Nid ydym am gymysgu resinau hylif, gan fod hyn yn gofyn am fesur manwl gywir i sicrhau iachâd cyflawn. Mae angen system arnom hefyd heb unrhyw wastraff peryglus ar ôl cwblhau atgyweiriadau. A rhaid iddo gael ei becynnu fel cit y gellir ei ddefnyddio gan y rhwydwaith presennol. ”
Un ateb a ddangosodd Custom Technologies yn llwyddiannus yw pecyn cludadwy sy'n defnyddio glud epocsi gwydn i addasu'r darn cyfansawdd gludiog yn ôl maint y difrod (hyd at 12 modfedd sgwâr). Cwblhawyd yr arddangosiad ar ddeunydd cyfansawdd yn cynrychioli dec AMCB 3 modfedd o drwch. Mae gan y deunydd cyfansawdd graidd pren balsa 3 modfedd o drwch (dwysedd 15 pwys fesul troedfedd ciwbig) a dwy haen o Vectorply (Phoenix, Arizona, UD) C -LT 1100 ffibr carbon 0 ° / 90 ° ffabrig pwythau biaxial, un haen o Ffibr carbon C-TLX 1900 0 ° / + 45 ° / - 45 ° tair siafft a dwy haen o C-LT 1100, cyfanswm o bum haen. “Fe wnaethon ni benderfynu y bydd y pecyn yn defnyddio clytiau parod mewn laminiad lled-isotropig tebyg i aml-echel fel na fydd cyfeiriad y ffabrig yn broblem,” meddai Crane.
Y mater nesaf yw'r matrics resin a ddefnyddir ar gyfer atgyweirio lamineiddio. Er mwyn osgoi cymysgu resin hylif, bydd y clwt yn defnyddio prepreg. “Fodd bynnag, storio yw’r heriau hyn,” esboniodd Bergen. Er mwyn datblygu datrysiad clwt y gellir ei storio, mae Custom Technologies wedi partneru â Sunrez Corp. (El Cajon, California, UDA) i ddatblygu prepreg ester ffibr gwydr / finyl a all ddefnyddio golau uwchfioled (UV) mewn chwe munud Golau ysgafn. Bu hefyd yn cydweithio â Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, UDA), a awgrymodd ddefnyddio ffilm epocsi hyblyg newydd.
Mae astudiaethau cynnar wedi dangos mai resin epocsi yw'r resin mwyaf addas ar gyfer ffibr carbon prepregs-UV-curable ester finyl a ffibr gwydr tryloyw yn gweithio'n dda, ond nid ydynt yn gwella o dan golau-blocio ffibr carbon. Yn seiliedig ar ffilm newydd Gougeon Brothers, mae'r prepreg epocsi olaf yn cael ei wella am 1 awr ar 210 ° F / 99 ° C ac mae ganddo oes silff hir ar dymheredd ystafell - dim angen storio tymheredd isel. Dywedodd Bergen, os oes angen tymheredd trawsnewid gwydr uwch (Tg), bydd y resin hefyd yn cael ei wella ar dymheredd uwch, fel 350 ° F / 177 ° C. Darperir y ddau prepreg mewn pecyn atgyweirio cludadwy fel pentwr o glytiau prepreg wedi'u selio mewn amlen ffilm blastig.
Gan y gall y pecyn atgyweirio gael ei storio am amser hir, mae'n ofynnol i Custom Technologies gynnal astudiaeth oes silff. “Fe wnaethon ni brynu pedwar lloc plastig caled - math milwrol nodweddiadol a ddefnyddir mewn offer cludo - a rhoi samplau o gludiog epocsi a prepreg ester finyl ym mhob lloc,” meddai Bergen. Yna gosodwyd y blychau mewn pedwar lleoliad gwahanol i'w profi: to ffatri Gougeon Brothers ym Michigan, to maes awyr Maryland, y cyfleuster awyr agored yn Yucca Valley (anialwch California), a'r labordy profi cyrydiad awyr agored yn ne Florida. Mae gan bob achos gofnodwyr data, mae Bergen yn nodi, “Rydym yn cymryd samplau data a deunyddiau i'w gwerthuso bob tri mis. Y tymheredd uchaf a gofnodwyd yn y blychau yn Florida a California yw 140 ° F, sy'n dda ar gyfer y rhan fwyaf o resinau adfer. Mae’n her wirioneddol.” Yn ogystal, profodd Gougeon Brothers yn fewnol y resin epocsi pur sydd newydd ei ddatblygu. “Mae samplau sydd wedi’u gosod mewn popty ar 120 ° F ers sawl mis yn dechrau polymeru,” meddai Bergen. “Fodd bynnag, ar gyfer y samplau cyfatebol a gedwir ar 110 ° F, dim ond ychydig iawn y gwnaeth cemeg y resin wella.”
Dilyswyd y gwaith atgyweirio ar y bwrdd prawf a'r model graddfa hwn o AMCB, a ddefnyddiodd yr un deunydd laminedig a chraidd â'r bont wreiddiol a adeiladwyd gan Seemann Composites. Ffynhonnell delwedd: Custom Technologies LLC
Er mwyn dangos y dechneg atgyweirio, rhaid cynhyrchu, difrodi a thrwsio laminiad cynrychioliadol. “Yng ngham cyntaf y prosiect, fe wnaethom ddefnyddio trawstiau 4 x 48-modfedd ar raddfa fach i ddechrau a phrofion plygu pedwar pwynt i werthuso dichonoldeb ein proses atgyweirio,” meddai Klein. “Yna, fe wnaethom drosglwyddo i baneli 12 x 48 modfedd yn ail gam y prosiect, cymhwyso llwythi i gynhyrchu cyflwr straen biaxial i achosi methiant, ac yna gwerthuso'r perfformiad atgyweirio. Yn yr ail gam, fe wnaethom hefyd gwblhau model AMCB a adeiladwyd gennym ni Cynnal a Chadw.”
Dywedodd Bergen fod y panel prawf a ddefnyddiwyd i brofi'r perfformiad atgyweirio wedi'i gynhyrchu gan ddefnyddio'r un llinach o laminiadau a deunyddiau craidd ag AMCB a weithgynhyrchwyd gan Seemann Composites, “ond fe wnaethom leihau trwch y panel o 0.375 modfedd i 0.175 modfedd, yn seiliedig ar y theorem echel gyfochrog. . Dyma'r achos. Defnyddiwyd y dull, ynghyd ag elfennau ychwanegol theori trawst a theori lamineiddio glasurol [CLT], i gysylltu moment syrthni ac anystwythder effeithiol yr AMCB ar raddfa lawn â chynnyrch demo llai o faint sy'n haws ei drin a mwy. cost-effeithiol. Yna, rydym yn defnyddio'r model dadansoddi elfennau meidraidd [FEA] a ddatblygwyd gan XCraft Inc. (Boston, Massachusetts, UDA) i wella dyluniad atgyweiriadau strwythurol.” Prynwyd y ffabrig ffibr carbon a ddefnyddir ar gyfer y paneli prawf a'r model AMCB o Vectorply, a gwnaed y craidd balsa gan Core Composites (Bryste, RI, UDA) a ddarparwyd.
Cam 1. Mae'r panel prawf hwn yn dangos diamedr twll 3 modfedd i efelychu difrod a nodir yn y ganolfan ac atgyweirio'r cylchedd. Ffynhonnell llun ar gyfer pob cam: Custom Technologies LLC.
Cam 2. Defnyddiwch grinder â llaw sy'n cael ei bweru gan fatri i dynnu'r deunydd sydd wedi'i ddifrodi ac amgáu'r clwt atgyweirio gyda thapr 12:1.
“Rydyn ni eisiau efelychu lefel uwch o ddifrod ar y bwrdd prawf nag y gellir ei weld ar ddec y bont yn y maes,” esboniodd Bergen. “Felly ein dull ni yw defnyddio llif twll i wneud twll 3 modfedd o ddiamedr. Yna, rydyn ni'n tynnu plwg y deunydd sydd wedi'i ddifrodi allan ac yn defnyddio grinder niwmatig â llaw i brosesu sgarff 12:1.”
Esboniodd Crane, ar gyfer atgyweirio ffibr carbon / epocsi, unwaith y bydd y deunydd panel “wedi'i ddifrodi” yn cael ei dynnu a sgarff priodol yn cael ei osod, bydd y prepreg yn cael ei dorri i led a hyd i gyd-fynd â thapr yr ardal a ddifrodwyd. “Ar gyfer ein panel prawf, mae hyn yn gofyn am bedair haen o prepreg i gadw'r deunydd atgyweirio yn gyson â brig y panel carbon gwreiddiol heb ei ddifrodi. Ar ôl hynny, mae'r tair haen gorchuddio o garbon / epocsi prepreg yn canolbwyntio ar hyn Ar y rhan atgyweirio. Mae pob haen olynol yn ymestyn 1 fodfedd ar bob ochr i'r haen isaf, sy'n darparu trosglwyddiad llwyth graddol o'r deunydd amgylchynol “da” i'r ardal sydd wedi'i hatgyweirio.” Cyfanswm yr amser i gyflawni'r gwaith atgyweirio hwn-gan gynnwys paratoi ardal atgyweirio, Torri a gosod y deunydd adfer a chymhwyso'r weithdrefn halltu-tua 2.5 awr.
Ar gyfer prepreg ffibr carbon / epocsi, mae'r ardal atgyweirio yn cael ei bacio dan wactod a'i wella ar 210 ° F / 99 ° C am awr gan ddefnyddio bonder thermol wedi'i bweru gan fatri.
Er bod atgyweirio carbon/epocsi yn syml ac yn gyflym, cydnabu'r tîm yr angen am ateb mwy cyfleus i adfer perfformiad. Arweiniodd hyn at archwilio prepregs halltu uwchfioled (UV). “Mae’r diddordeb mewn resinau ester finyl Sunrez yn seiliedig ar brofiad llyngesol blaenorol gyda sylfaenydd y cwmni Mark Livesay,” esboniodd Bergen. “Fe wnaethon ni ddarparu ffabrig gwydr lled-isotropig i Sunrez yn gyntaf, gan ddefnyddio eu prepreg ester finyl, a gwerthuso'r gromlin halltu o dan amodau gwahanol. Yn ogystal, oherwydd ein bod yn gwybod nad yw resin ester finyl yn debyg i resin epocsi Mae hynny'n darparu perfformiad adlyniad eilaidd addas, felly mae angen ymdrechion ychwanegol i werthuso gwahanol asiantau cyplu haenau gludiog a phenderfynu pa un sy'n addas ar gyfer y cais.
Problem arall yw na all ffibrau gwydr ddarparu'r un priodweddau mecanyddol â ffibrau carbon. “O'i gymharu â darn carbon / epocsi, mae'r broblem hon yn cael ei datrys trwy ddefnyddio haen ychwanegol o ester gwydr / finyl,” meddai Crane. “Y rheswm pam mai dim ond un haen ychwanegol sydd ei angen yw bod y deunydd gwydr yn ffabrig trymach.” Mae hyn yn cynhyrchu darn addas y gellir ei gymhwyso a'i gyfuno o fewn chwe munud hyd yn oed ar dymheredd oer iawn/rhew mewn cae. Curo heb ddarparu gwres. Tynnodd Crane sylw at y ffaith y gellir cwblhau'r gwaith atgyweirio hwn o fewn awr.
Mae'r ddwy system glytiau wedi'u dangos a'u profi. Ar gyfer pob atgyweiriad, mae'r ardal sydd i'w difrodi wedi'i marcio (cam 1), wedi'i chreu gyda llif twll, ac yna'n cael ei thynnu gan ddefnyddio grinder â llaw â batri (cam 2). Yna torrwch yr ardal wedi'i hatgyweirio yn dapr 12:1. Glanhewch wyneb y sgarff gyda pad alcohol (cam 3). Nesaf, torrwch y darn atgyweirio i faint penodol, rhowch ef ar yr wyneb wedi'i lanhau (cam 4) a'i gydgrynhoi â rholer i gael gwared ar swigod aer. Ar gyfer prepreg ester finyl ffibr gwydr / halltu UV, yna rhowch yr haen rhyddhau ar yr ardal sydd wedi'i hatgyweirio a gwella'r clwt gyda lamp UV diwifr am chwe munud (cam 5). Ar gyfer prepreg ffibr carbon / epocsi, defnyddiwch fondiwr thermol wedi'i bweru gan fatri un botwm wedi'i raglennu ymlaen llaw i bacio gwactod a gwella'r ardal wedi'i hatgyweirio ar 210 ° F / 99 ° C am awr.
Cam 5. Ar ôl gosod yr haen plicio ar yr ardal sydd wedi'i hatgyweirio, defnyddiwch lamp UV diwifr i wella'r clwt am 6 munud.
“Yna fe wnaethom gynnal profion i werthuso adlyniad y clwt a’i allu i adfer gallu cario llwyth y strwythur,” meddai Bergen. “Yn y cam cyntaf, mae angen i ni brofi pa mor hawdd yw ei gymhwyso a'r gallu i adennill o leiaf 75% o'r cryfder. Gwneir hyn trwy blygu pedwar pwynt ar resin ffibr carbon / epocsi 4 x 48 modfedd a thrawst craidd balsa ar ôl atgyweirio'r difrod efelychiedig. Oes. Defnyddiodd ail gam y prosiect banel 12 x 48 modfedd, a rhaid iddo arddangos gofynion cryfder mwy na 90% o dan lwythi straen cymhleth. Fe wnaethom fodloni'r holl ofynion hyn, ac yna tynnu lluniau o'r dulliau atgyweirio ar fodel AMCB. Sut i ddefnyddio technoleg ac offer maes i ddarparu cyfeiriad gweledol.”
Agwedd allweddol ar y prosiect yw profi y gall dechreuwyr gwblhau'r gwaith atgyweirio yn hawdd. Am y rheswm hwn, roedd gan Bergen syniad: “Rwyf wedi addo dangos i'n dau gyswllt technegol yn y Fyddin: Dr. Bernard Sia ac Ashley Genna. Yn yr adolygiad olaf o gam cyntaf y prosiect, gofynnais am ddim atgyweiriadau. Perfformiodd Ashley profiadol y gwaith atgyweirio. Gan ddefnyddio’r cit a’r llawlyfr a ddarparwyd gennym, gosododd y clwt a chwblhau’r gwaith atgyweirio heb unrhyw broblemau.”
Ffigur 2 Gall y peiriant bondio thermol halltu wedi'i bweru gan fatri, sydd wedi'i rag-raglennu, wella'r darn atgyweirio ffibr carbon / epocsi wrth wthio botwm, heb fod angen gwybodaeth atgyweirio na rhaglennu cylch halltu. Ffynhonnell delwedd: Custom Technologies, LLC
Datblygiad allweddol arall yw'r system halltu â batri (Ffigur 2). “Trwy gynnal a chadw yn y maes, dim ond pŵer batri sydd gennych chi,” nododd Bergen. “Mae’r holl offer prosesu yn y pecyn atgyweirio a ddatblygwyd gennym yn ddi-wifr.” Mae hyn yn cynnwys bondio thermol wedi'i bweru gan fatri a ddatblygwyd ar y cyd gan Custom Technologies a'r cyflenwr peiriant bondio thermol WichiTech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, UDA). “Mae'r bonder thermol hwn sy'n cael ei bweru gan fatri wedi'i rag-raglennu i'w wella, felly nid oes angen i ddechreuwyr raglennu'r cylch halltu,” meddai Crane. “Does ond angen iddyn nhw wasgu botwm i gwblhau’r ramp iawn a socian.” Gall y batris a ddefnyddir ar hyn o bryd bara am flwyddyn cyn bod angen eu hailwefru.
Gyda chwblhau ail gam y prosiect, mae Custom Technologies yn paratoi cynigion gwella dilynol ac yn casglu llythyrau o ddiddordeb a chefnogaeth. “Ein nod yw aeddfedu’r dechnoleg hon i TRL 8 a dod ag ef i’r cae,” meddai Bergen. “Rydym hefyd yn gweld y potensial ar gyfer ceisiadau an-filwrol.”
Yn esbonio'r hen gelf y tu ôl i atgyfnerthu ffibr cyntaf y diwydiant, ac mae ganddo ddealltwriaeth fanwl o wyddoniaeth ffibr newydd a datblygiad yn y dyfodol.
Gan ddod yn fuan ac yn hedfan am y tro cyntaf, mae'r 787 yn dibynnu ar arloesiadau mewn deunyddiau a phrosesau cyfansawdd i gyflawni ei nodau
Amser post: Medi-02-2021