Gellir atgyweirio'r pecyn cludadwy gyda gwydr ffibr/ester finyl y gellir ei wella ag UV neu rag-bresgript ffibr carbon/epocsi sy'n cael ei storio ar dymheredd ystafell ac offer halltu sy'n cael ei bweru gan fatri. #gweithgynhyrchutu #seilwaith
Atgyweirio clwt prepreg y gellir ei wella ag UV Er bod yr atgyweiriad prepreg ffibr carbon/epocsi a ddatblygwyd gan Custom Technologies LLC ar gyfer y bont gyfansawdd maes mewnol wedi profi i fod yn syml ac yn gyflym, mae defnyddio resin finyl ester Prepreg y gellir ei wella ag UV wedi'i atgyfnerthu â ffibr gwydr wedi datblygu system fwy cyfleus. Ffynhonnell y ddelwedd: 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 lansio-adfer. O'i gymharu â phontydd metel, mae gan ddeunyddiau cyfansawdd hefyd y potensial i gynyddu'r gallu i gario llwyth ac ymestyn oes gwasanaeth.
Mae'r Bont Gyfansawdd Modiwlaidd Uwch (AMCB) yn enghraifft. Mae Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, UDA) a Materials Sciences LLC (Horsham, PA, UDA) yn defnyddio laminadau 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 yn y maes Dyluniwyd ac adeiladwyd Pont Gyfansawdd Fodiwlaidd Uwch (AMCB) gan Seemann Composites LLC a Materials Sciences LLC gan ddefnyddio cyfansoddion resin epocsi wedi'u hatgyfnerthu â ffibr carbon. Ffynhonnell y ddelwedd: Seeman Composites LLC (chwith) a Byddin yr Unol Daleithiau (dde).
Yn 2016, derbyniodd Custom Technologies LLC (Millersville, MD, UDA) grant Ymchwil Arloesi Busnesau Bach (SBIR) Cam 1 a ariannwyd gan Fyddin yr UDA i ddatblygu dull atgyweirio y gellir ei gyflawni'n llwyddiannus ar y safle gan filwyr. Yn seiliedig ar y dull hwn, dyfarnwyd ail gam grant SBIR yn 2018 i arddangos deunyddiau newydd ac offer sy'n cael ei bweru gan fatris, hyd yn oed os yw'r clwt yn cael ei gyflawni gan ddechreuwr heb hyfforddiant blaenorol, gellir adfer 90% neu fwy o'r strwythur Cryfder Crai. Penderfynir ar hyfywedd y dechnoleg trwy gyflawni cyfres o dasgau dadansoddi, dewis deunyddiau, gweithgynhyrchu sbesimenau a phrofi mecanyddol, yn ogystal ag atgyweiriadau ar raddfa fach ac ar raddfa lawn.
Y prif ymchwilydd yn y ddau gam SBIR yw Michael Bergen, sylfaenydd a llywydd Custom Technologies LLC. Ymddeolodd Bergen o Carderock yng Nghanolfan Rhyfel Arwyneb y Llynges (NSWC) a gwasanaethodd yn yr Adran Strwythurau a Deunyddiau am 27 mlynedd, lle rheolodd ddatblygu a chymhwyso technolegau cyfansawdd yn fflyd Llynges yr Unol Daleithiau. Ymunodd Dr. Roger Crane â Custom Technologies yn 2015 ar ôl ymddeol o Lynges yr Unol Daleithiau yn 2011 ac mae wedi gwasanaethu am 32 mlynedd. Mae ei arbenigedd mewn deunyddiau cyfansawdd yn cynnwys cyhoeddiadau technegol a phatentau, sy'n cwmpasu pynciau fel deunyddiau cyfansawdd newydd, gweithgynhyrchu prototeipiau, 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 uwchstrwythur alwminiwm y criwser taflegrau tywys dosbarth CG-47 Ticonderoga 5456. “Datblygwyd y broses i leihau twf craciau ac i wasanaethu fel dewis arall economaidd yn lle disodli 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 cyfredol yn llwyddiannus iawn. Yr opsiwn yw atgyweirio deuplex bondio [yn y bôn mewn ardaloedd sydd wedi'u difrodi, gludwch fwrdd i'r brig] neu dynnu'r ased o wasanaeth ar gyfer atgyweiriadau lefel warws (lefel D). Gan fod 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 gall milwyr heb brofiad mewn deunyddiau cyfansawdd ei gyflawni, gan ddefnyddio citiau a llawlyfrau cynnal a chadw yn unig. Ein nod yw gwneud y broses yn syml: darllenwch y llawlyfr, gwerthuswch y difrod a pherfformiwch atgyweiriadau. Nid ydym am gymysgu resinau hylif, gan fod hyn yn gofyn am fesuriad manwl gywir i sicrhau bod y gwaith atgyweirio wedi gwella'n llwyr. Mae angen system arnom hefyd heb unrhyw wastraff peryglus ar ôl i'r atgyweiriadau gael eu cwblhau. A rhaid ei becynnu fel cit y gellir ei ddefnyddio gan y rhwydwaith presennol.
Un ateb a ddangoswyd yn llwyddiannus gan Custom Technologies yw pecyn cludadwy sy'n defnyddio glud epocsi caled i addasu'r clwt cyfansawdd gludiog yn ôl maint y difrod (hyd at 12 modfedd sgwâr). Cwblhawyd yr arddangosiad ar ddeunydd cyfansawdd sy'n cynrychioli dec AMCB 3 modfedd o drwch. Mae gan y deunydd cyfansawdd graidd pren balsa 3 modfedd o drwch (dwysedd 15 pwys y droedfedd giwbig) a dwy haen o ffabrig gwnïo deu-echelinol ffibr carbon C-LT 1100 0°/90° Vectorply (Phoenix, Arizona, UDA), un haen o ffibr carbon C-TLX 1900 0°/+45°/-45° tair siafft a dwy haen o C-LT 1100, cyfanswm o bum haen. “Penderfynon ni y byddai'r pecyn yn defnyddio clytiau parod mewn laminad cwasi-isotropig tebyg i aml-echelin fel na fydd cyfeiriad y ffabrig yn broblem,” meddai Crane.
Y mater nesaf yw'r matrics resin a ddefnyddir ar gyfer atgyweirio laminad. Er mwyn osgoi cymysgu resin hylif, bydd y clwt yn defnyddio prepreg. "Fodd bynnag, yr heriau hyn yw storio," eglurodd Bergen. I ddatblygu datrysiad clwt y gellir ei storio, mae Custom Technologies wedi partneru â Sunrez Corp. (El Cajon, Califfornia, UDA) i ddatblygu prepreg ffibr gwydr/finyl ester a all ddefnyddio golau uwchfioled (UV) mewn chwe munud o halltu golau. 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 prepregs ffibr carbon - mae ester finyl y gellir ei wella ag UV a ffibr gwydr tryloyw yn gweithio'n dda, ond nid ydynt yn halltu o dan ffibr carbon sy'n blocio golau. Yn seiliedig ar ffilm newydd Gougeon Brothers, mae'r prepreg epocsi terfynol yn cael ei halltu am 1 awr ar 210°F/99°C ac mae ganddo oes silff hir ar dymheredd ystafell - nid oes angen storio tymheredd isel. Dywedodd Bergen, os oes angen tymheredd trawsnewid gwydr uwch (Tg), y bydd y resin hefyd yn cael ei halltu 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 gellir storio'r pecyn atgyweirio 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 trafnidiaeth—a rhoi samplau o lud epocsi a prepreg finyl ester 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 deunydd 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 go iawn.” Yn ogystal, profodd Gougeon Brothers y resin epocsi pur a ddatblygwyd yn ddiweddar yn fewnol. “Mae samplau sydd wedi'u rhoi mewn popty ar 120°F am sawl mis yn dechrau polymeru,” meddai Bergen. “Fodd bynnag, ar gyfer y samplau cyfatebol a gedwir ar 110°F, dim ond ychydig bach a wellodd cemeg y resin.”
Gwiriwyd yr atgyweiriad ar y bwrdd prawf a'r model graddfa hwn o AMCB, a ddefnyddiodd yr un laminad a deunydd craidd â'r bont wreiddiol a adeiladwyd gan Seemann Composites. Ffynhonnell y ddelwedd: Custom Technologies LLC
Er mwyn dangos y dechneg atgyweirio, rhaid cynhyrchu, difrodi ac atgyweirio laminad cynrychioliadol. “Yn y cam cyntaf o’r prosiect, fe wnaethom ddefnyddio trawstiau 4 x 48 modfedd ar raddfa fach a phrofion plygu pedwar pwynt i werthuso dichonoldeb ein proses atgyweirio,” meddai Klein. “Yna, fe wnaethom newid i baneli 12 x 48 modfedd yn ail gam y prosiect, rhoi llwythi i gynhyrchu cyflwr straen deu-echelinol i achosi methiant, ac yna gwerthuso’r perfformiad atgyweirio. Yn yr ail gam, fe wnaethom hefyd gwblhau’r model AMCB a adeiladwyd gennym ar gyfer 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 laminadau a deunyddiau craidd ag AMCB a weithgynhyrchir gan Seemann Composites, “ond fe wnaethom leihau trwch y panel o 0.375 modfedd i 0.175 modfedd, yn seiliedig ar y theorem echelin gyfochrog. Dyma'r achos. Defnyddiwyd y dull, ynghyd ag elfennau ychwanegol theori trawst a theori laminad glasurol [CLT], i gysylltu moment inertia ac anystwythder effeithiol yr AMCB graddfa lawn â chynnyrch demo llai sy'n haws i'w drin ac yn fwy cost-effeithiol. Yna, fe wnaethom ddefnyddio'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 ddefnyddiwyd ar gyfer y paneli prawf a'r model AMCB gan Vectorply, a gwnaed y craidd balsa gan Core Composites (Bryste, RI, UDA).
Cam 1. Mae'r panel prawf hwn yn dangos diamedr twll 3 modfedd i efelychu difrod wedi'i farcio yn y canol ac atgyweirio'r cylchedd. Ffynhonnell y llun ar gyfer pob cam: Custom Technologies LLC.
Cam 2. Defnyddiwch grinder â llaw sy'n cael ei bweru gan fatri i gael gwared ar y deunydd sydd wedi'i ddifrodi ac amgáu'r clwt atgyweirio gyda thapr 12:1.
“Rydym am efelychu gradd uwch o ddifrod ar y bwrdd prawf nag a welir ar dec y bont yn y maes,” eglurodd Bergen. “Felly ein dull yw defnyddio llif twll i wneud twll 3 modfedd mewn diamedr. Yna, rydym yn tynnu plwg y deunydd sydd wedi’i ddifrodi allan ac yn defnyddio grinder niwmatig llaw i brosesu sgarff 12:1.”
Esboniodd Crane, ar gyfer atgyweirio ffibr carbon/epocsi, unwaith y bydd y deunydd panel “wedi’i ddifrodi” wedi’i dynnu a sgarff briodol wedi’i roi, y bydd y prepreg yn cael ei dorri i led a hyd i gyd-fynd â thapr yr ardal sydd wedi’i difrodi. “Ar gyfer ein panel prawf, mae hyn yn gofyn am bedair haen o prepreg i gadw’r deunydd atgyweirio yn gyson â phen uchaf y panel carbon gwreiddiol heb ei ddifrodi. Ar ôl hynny, mae’r tair haen orchudd o prepreg carbon/epocsi wedi’u canolbwyntio ar hyn Ar y rhan sydd wedi’i hatgyweirio. Mae pob haen olynol yn ymestyn 1 fodfedd ar bob ochr i’r haen isaf, sy’n darparu trosglwyddiad llwyth graddol o’r deunydd cyfagos “da” i’r ardal sydd wedi’i hatgyweirio.” Cyfanswm yr amser i gyflawni’r atgyweiriad hwn - gan gynnwys paratoi’r ardal atgyweirio, torri a gosod y deunydd adfer a chymhwyso’r weithdrefn halltu - tua 2.5 awr.
Ar gyfer prepreg ffibr carbon/epocsi, caiff yr ardal atgyweirio ei phacio dan wactod a'i halltu ar 210°F/99°C am awr gan ddefnyddio bondiwr thermol sy'n cael ei 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 finyl ester Sunrez yn seiliedig ar brofiad llyngesol blaenorol gyda sylfaenydd y cwmni, Mark Livesay,” eglurodd Bergen. “Yn gyntaf, fe wnaethon ni ddarparu ffabrig gwydr cwasi-isotropig i Sunrez, gan ddefnyddio eu prepreg finyl ester, a gwerthuso'r gromlin halltu o dan wahanol amodau. Yn ogystal, oherwydd ein bod ni'n gwybod nad yw resin finyl ester fel resin epocsi Sy'n darparu perfformiad adlyniad eilaidd addas, felly mae angen ymdrechion ychwanegol i werthuso amrywiol asiantau cyplu haen gludiog a phenderfynu pa un sy'n addas ar gyfer y cymhwysiad.”
Problem arall yw na all ffibrau gwydr ddarparu'r un priodweddau mecanyddol â ffibrau carbon. “O'i gymharu â chlwt carbon/epocsi, mae'r broblem hon yn cael ei datrys trwy ddefnyddio haen ychwanegol o wydr/ester finyl,” meddai Crane. “Y rheswm pam mai dim ond un haen ychwanegol sydd ei hangen yw bod y deunydd gwydr yn ffabrig trymach.” Mae hyn yn cynhyrchu clwt addas y gellir ei gymhwyso a'i gyfuno o fewn chwe munud hyd yn oed ar dymheredd maes oer iawn/rhewllyd. Halltu heb ddarparu gwres. Nododd Crane y gellir cwblhau'r gwaith atgyweirio hwn o fewn awr.
Mae'r ddau system clwt wedi'u harddangos a'u profi. Ar gyfer pob atgyweiriad, mae'r ardal sydd i'w difrodi yn cael ei marcio (cam 1), ei chreu gyda llif twll, ac yna ei thynnu gan ddefnyddio grinder â llaw sy'n cael ei bweru gan fatri (cam 2). Yna torrwch yr ardal wedi'i hatgyweirio yn daprog 12:1. Glanhewch wyneb y sgarff gyda pad alcohol (cam 3). Nesaf, torrwch y clwt atgyweirio i faint penodol, ei osod ar yr wyneb wedi'i lanhau (cam 4) a'i gydgrynhoi gyda rholer i gael gwared â swigod aer. Ar gyfer prepreg ffibr gwydr/ester finyl sy'n halltu UV, yna rhowch yr haen rhyddhau ar yr ardal wedi'i hatgyweirio a chaledwch y clwt gyda lamp UV diwifr am chwe munud (cam 5). Ar gyfer prepreg ffibr carbon/epocsi, defnyddiwch fondwr thermol un botwm, wedi'i raglennu ymlaen llaw, sy'n cael ei bweru gan fatri i becynnu dan wactod a chaledu'r ardal wedi'i hatgyweirio ar 210°F/99°C am awr.
Cam 5. Ar ôl gosod yr haen blicio ar yr ardal wedi'i thrwsio, defnyddiwch lamp UV diwifr i wella'r clwt am 6 munud.
“Yna, fe wnaethon ni gynnal profion i werthuso gludiogrwydd y clwt a’i allu i adfer gallu dwyn llwyth y strwythur,” meddai Bergen. “Yn y cam cyntaf, mae angen i ni brofi pa mor hawdd yw ei gymhwyso a’r gallu i adfer o leiaf 75% o’r cryfder. Gwneir hyn trwy blygu pedwar pwynt ar drawst craidd balsa/resin epocsi/ffibr carbon 4 x 48 modfedd ar ôl atgyweirio’r difrod a efelychwyd. Ydw. Defnyddiodd ail gam y prosiect banel 12 x 48 modfedd, a rhaid iddo arddangos gofynion cryfder o fwy na 90% o dan lwythi straen cymhleth. Fe wnaethon ni fodloni’r holl ofynion hyn, ac yna tynnu lluniau o’r dulliau atgyweirio ar y model AMCB. Sut i ddefnyddio technoleg ac offer maes i ddarparu cyfeirnod gweledol.”
Agwedd allweddol ar y prosiect yw profi y gall dechreuwyr gwblhau'r atgyweiriad yn hawdd. Am y rheswm hwn, cafodd Bergen syniad: “Rwyf wedi addo dangos i'n dau gyswllt technegol yn y Fyddin: Dr. Bernard Sia ac Ashley Genna. Yn yr adolygiad terfynol o gam cyntaf y prosiect, gofynnais am ddim atgyweiriadau. Gwnaeth Ashley brofiadol yr atgyweiriad. Gan ddefnyddio'r pecyn a'r llawlyfr a ddarparwyd gennym, rhoddodd y clwt a chwblhaodd yr atgyweiriad heb unrhyw broblemau.”
Ffigur 2 Gall y peiriant bondio thermol sy'n cael ei bweru gan fatri, wedi'i raglennu ymlaen llaw, wella'r clwt atgyweirio ffibr carbon/epocsi wrth wthio botwm, heb yr angen am wybodaeth atgyweirio na rhaglennu cylchred halltu. Ffynhonnell y ddelwedd: Custom Technologies, LLC
Datblygiad allweddol arall yw'r system halltu sy'n cael ei phweru gan fatri (Ffigur 2). “Trwy gynnal a chadw yn y maes, dim ond pŵer batri sydd gennych,” nododd Bergen. “Mae'r holl offer prosesu yn y pecyn atgyweirio a ddatblygwyd gennym yn ddiwifr.” Mae hyn yn cynnwys bondio thermol sy'n cael ei bweru gan fatri a ddatblygwyd ar y cyd gan Custom Technologies a pheiriant y cyflenwr peiriant bondio thermol WichiTech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, UDA). “Mae'r bondiwr thermol sy'n cael ei bweru gan fatri hwn wedi'i raglennu ymlaen llaw i gwblhau'r halltu, felly nid oes angen i ddechreuwyr raglennu'r cylch halltu,” meddai Crane. “Dim ond pwyso botwm sydd ei angen arnynt i gwblhau'r ramp a'r socian priodol.” Gall y batris sy'n cael eu defnyddio 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 diddordeb a chefnogaeth. “Ein nod yw aeddfedu’r dechnoleg hon i TRL 8 a’i dod â hi i’r maes,” meddai Bergen. “Rydym hefyd yn gweld y potensial ar gyfer cymwysiadau anfilwrol.”
Yn egluro'r hen gelfyddyd y tu ôl i atgyfnerthu ffibr cyntaf y diwydiant, ac mae ganddo ddealltwriaeth fanwl o wyddoniaeth ffibr newydd a datblygiad yn y dyfodol.
Yn dod 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 postio: Medi-02-2021