Portativ to'plamni ultrabinafsha nurlanishiga chidamli shisha tolali/vinil ester yoki xona haroratida saqlanadigan uglerod tolasi/epoksi prepreg va batareya quvvati bilan ishlaydigan davolovchi uskuna yordamida ta'mirlash mumkin. #ichki ishlab chiqarish #infratuzilmasi
UV nuriga chidamli prepreg yamoqlarini ta'mirlash Custom Technologies MChJ tomonidan ichki kompozit ko'prik uchun ishlab chiqilgan uglerod tolasi/epoksi prepregni ta'mirlash oddiy va tez bo'lgan bo'lsa-da, shisha tola bilan mustahkamlangan UV nuriga chidamli vinil ester qatronidan foydalanish Prepreg yanada qulayroq tizimni ishlab chiqdi. . Rasm manbai: Custom Technologies MChJ
Modulli joylashtiriladigan ko'priklar harbiy-taktik operatsiyalar va logistika, shuningdek, tabiiy ofatlar paytida transport infratuzilmasini tiklash uchun muhim vositalardir. Bunday ko'priklarning og'irligini kamaytirish, bu orqali transport vositalari va ishga tushirish-qayta tiklash mexanizmlari yukini kamaytirish uchun kompozit konstruktsiyalar o'rganilmoqda. Metall ko'priklar bilan taqqoslaganda, kompozit materiallar ham yuk ko'tarish qobiliyatini oshirish va xizmat muddatini uzaytirish imkoniyatiga ega.
Bunga ilg'or modulli kompozit ko'prik (AMCB) misol bo'la oladi. Seemann Composites MChJ (Gulfport, Missisipi, AQSh) va Materials Sciences MChJ (Horsham, PA, AQSh) uglerod tolasi bilan mustahkamlangan epoksi laminatlardan foydalanadi (1-rasm). ) Dizayn va qurilish). Biroq, bunday tuzilmalarni dala sharoitida ta'mirlash qobiliyati kompozit materiallarni qabul qilishga to'sqinlik qiladigan masala bo'lib kelgan.
1-rasm Kompozit ko'prik, asosiy infield aktivi Advanced modulyar kompozit ko'prik (AMCB) Seemann Composites MChJ va Materials Sciences MChJ tomonidan uglerod tolasi bilan mustahkamlangan epoksi qatron kompozitlaridan foydalangan holda ishlab chiqilgan va qurilgan. Rasm manbai: Seeman Composites MChJ (chapda) va AQSh armiyasi (o'ngda).
2016-yilda Custom Technologies MChJ (Millersville, MD, AQSH) harbiylar tomonidan joyida muvaffaqiyatli bajarilishi mumkin boʻlgan taʼmirlash usulini ishlab chiqish uchun AQSh armiyasi tomonidan moliyalashtirilgan Kichik biznes innovatsion tadqiqoti (SBIR) 1-bosqich grantini oldi. Ushbu yondashuvga asoslanib, SBIR grantining ikkinchi bosqichi 2018 yilda yangi materiallar va akkumulyatorli uskunalarni namoyish qilish uchun topshirildi, hatto yamoq yangi boshlovchi tomonidan oldindan tayyorgarliksiz bajarilgan bo'lsa ham, strukturaning 90% yoki undan ko'pini qayta tiklash mumkin Xom kuch. Texnologiyaning maqsadga muvofiqligi bir qator tahlillar, material tanlash, namunalarni ishlab chiqarish va mexanik sinov ishlarini bajarish, shuningdek, kichik va to'liq hajmdagi ta'mirlash ishlarini bajarish orqali aniqlanadi.
Ikki SBIR bosqichida asosiy tadqiqotchi - Custom Technologies MChJ asoschisi va prezidenti Maykl Bergen. Bergen Karderok harbiy-dengiz flotida (NSWC) nafaqaga chiqdi va 27 yil davomida tuzilmalar va materiallar bo'limida xizmat qildi va u erda AQSh dengiz flotida kompozit texnologiyalarni ishlab chiqish va qo'llashni boshqargan. Doktor Rojer Kreyn 2011-yilda AQSh dengiz flotidan nafaqaga chiqqanidan keyin 2015-yilda Custom Technologies kompaniyasiga qoʻshilgan va 32 yil xizmat qilgan. Uning kompozit materiallar ekspertizasi yangi kompozit materiallar, prototip ishlab chiqarish, ulanish usullari, ko'p funktsiyali kompozit materiallar, strukturaviy sog'liqni saqlash monitoringi va kompozit materiallarni tiklash kabi mavzularni o'z ichiga olgan texnik nashrlar va patentlarni o'z ichiga oladi.
Ikki mutaxassis Ticonderoga CG-47 klassi 5456 boshqariladigan raketa kreyserining alyuminiy ustki tuzilishidagi yoriqlarni taʼmirlash uchun kompozit materiallardan foydalangan holda noyob jarayonni ishlab chiqdi. 2 dan 4 million dollargacha bo'lgan platforma taxtasini almashtirishga ", dedi Bergen. "Shunday qilib, biz laboratoriyadan tashqarida va haqiqiy xizmat ko'rsatish muhitida qanday ta'mirlashni bilishimizni isbotladik. Ammo muammo shundaki, hozirgi harbiy vositalar unchalik muvaffaqiyatli emas. Variant birlashtirilgan dupleks ta'mirlashdir [asosan shikastlangan joylarda taxtani tepaga yopishtiring] yoki ombor darajasidagi (D-darajali) ta'mirlash uchun aktivni xizmatdan olib tashlang. D-darajali ta'mirlash talab qilinganligi sababli, ko'plab aktivlar chetga suriladi.
Uning so‘zlariga ko‘ra, kompozit materiallarda tajribasi bo‘lmagan askarlar tomonidan faqat to‘plamlar va texnik qo‘llanmalardan foydalangan holda bajariladigan usul zarur. Bizning maqsadimiz jarayonni soddalashtirishdir: qo'llanmani o'qing, zararni baholang va ta'mirlashni amalga oshiring. Biz suyuq qatronlarni aralashtirishni xohlamaymiz, chunki bu to'liq davolanishni ta'minlash uchun aniq o'lchovni talab qiladi. Shuningdek, ta'mirlash ishlari tugallangandan so'ng zararli chiqindilarsiz tizim kerak. Va u mavjud tarmoq tomonidan joylashtirilishi mumkin bo'lgan to'plam sifatida qadoqlangan bo'lishi kerak. ”
Custom Technologies muvaffaqiyatli namoyish etgan yechimlardan biri bu ko'chma to'plam bo'lib, u qattiqlashtirilgan epoksi yopishtiruvchi yordamida yopishqoq kompozit yamoqni shikastlanish o'lchamiga (12 kvadrat dyuymgacha) moslashtirish uchun ishlatiladi. Namoyish 3 dyuymli qalin AMCB pastki qismini ifodalovchi kompozit materialda yakunlandi. Kompozit materialda 3 dyuymli qalin balsa yog'och yadrosi (kub fut zichligi 15 funt) va ikki qatlamli Vectorply (Feniks, Arizona, AQSh) C -LT 1100 uglerod tolasi 0°/90° biaksiyal tikilgan mato, bir qatlam C-TLX 1900 uglerod tolasi 0 ° / + 45 ° / -45 ° uchta mil va ikki qatlamli C-LT 1100, jami besh qatlam. "Biz to'plamda ko'p o'qga o'xshash kvazizotropik laminatdagi prefabrik yamoqlardan foydalanishga qaror qildik, shunda mato yo'nalishi muammo bo'lmaydi", dedi Kran.
Keyingi masala - laminatni ta'mirlash uchun ishlatiladigan qatronlar matritsasi. Suyuq qatronlar aralashmasligi uchun, yamoq prepregdan foydalanadi. "Biroq, bu qiyinchiliklar saqlashdir", deb tushuntirdi Bergen. Saqlanadigan patch yechimini ishlab chiqish uchun Custom Technologies kompaniyasi Sunrez Corp. (El Cajon, Kaliforniya, AQSH) bilan hamkorlikda olti daqiqada ultrabinafsha nurlar (UV) nurlanishidan foydalana oladigan shisha tolali/vinil ester prepregini ishlab chiqdi. Shuningdek, u yangi moslashuvchan epoksi plyonkadan foydalanishni taklif qilgan Gougeon Brothers (Bay Siti, Michigan, AQSh) bilan hamkorlik qildi.
Dastlabki tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, epoksi qatroni uglerod tolasi prepreglari uchun eng mos qatronlar - UV-davolay oladigan vinil ester va shaffof shisha tolasi yaxshi ishlaydi, lekin yorug'likni blokirovka qiluvchi uglerod tolasi ostida davolanmaydi. Gougeon Brothersning yangi filmiga asoslanib, oxirgi epoksi prepreg 210°F/99°C da 1 soat davomida quritiladi va xona haroratida uzoq muddat saqlanadi - past haroratda saqlash shart emas. Bergenning aytishicha, agar yuqoriroq shisha o'tish harorati (Tg) talab etilsa, qatronlar 350 ° F / 177 ° C kabi yuqori haroratda ham davolanadi. Ikkala prepreg ham ko'chma ta'mirlash to'plamida plastik plyonkali konvertda muhrlangan prepreg yamoqlari to'plami sifatida taqdim etiladi.
Ta'mirlash to'plami uzoq vaqt davomida saqlanishi mumkinligi sababli, Custom Technologies yaroqlilik muddatini o'rganishni talab qiladi. "Biz to'rtta qattiq plastik korpusni sotib oldik - transport uskunalarida ishlatiladigan odatiy harbiy turdagi - va har bir korpusga epoksi yopishtiruvchi va vinil ester prepreg namunalarini joylashtirdik", dedi Bergen. Keyin qutilar sinov uchun to'rt xil joyga joylashtirildi: Michigandagi Gougeon Brothers zavodining tomi, Merilend aeroportining tomi, Yucca vodiysidagi (Kaliforniya cho'li) ochiq ob'ekt va Florida janubidagi tashqi korroziyani tekshirish laboratoriyasi. Bergenning ta'kidlashicha, barcha holatlarda ma'lumotlar jurnali mavjud: "Biz har uch oyda baholash uchun ma'lumotlar va materiallar namunalarini olamiz. Florida va Kaliforniyadagi qutilarda qayd etilgan maksimal harorat 140 ° F ni tashkil qiladi, bu ko'pchilik qayta tiklash qatronlari uchun yaxshi. Bu haqiqiy qiyinchilik”. Bundan tashqari, Gougeon Brothers yangi ishlab chiqilgan sof epoksi qatronini ichki sinovdan o'tkazdi. "Bir necha oy davomida 120 ° F da pechga qo'yilgan namunalar polimerlasha boshlaydi", dedi Bergen. "Biroq, 110 ° F da saqlangan tegishli namunalar uchun qatronlar kimyosi faqat oz miqdorda yaxshilandi."
Ta'mirlash sinov taxtasida va Seemann Composites tomonidan qurilgan asl ko'prik bilan bir xil laminat va yadro materialidan foydalangan AMCB ning ushbu miqyosli modelida tasdiqlangan. Rasm manbai: Custom Technologies MChJ
Ta'mirlash texnikasini namoyish qilish uchun vakil laminat ishlab chiqarilishi, shikastlanishi va ta'mirlanishi kerak. "Loyihaning birinchi bosqichida biz dastlab kichik o'lchamli 4 x 48 dyuymli nurlar va to'rt nuqtali egilish sinovlaridan foydalanib, ta'mirlash jarayonining maqsadga muvofiqligini baholash uchun foydalandik", dedi Klein. "Keyin biz loyihaning ikkinchi bosqichida 12 x 48 dyuymli panellarga o'tdik, nosozlikni keltirib chiqaradigan ikki o'qli kuchlanish holatini yaratish uchun yuklarni qo'lladik va keyin ta'mirlash samaradorligini baholadik. Ikkinchi bosqichda biz texnik xizmat ko'rsatishni qurgan AMCB modelini ham yakunladik.
Bergenning ta'kidlashicha, ta'mirlash samaradorligini isbotlash uchun ishlatiladigan sinov paneli Seemann Composites tomonidan ishlab chiqarilgan AMCB bilan bir xil laminat va yadro materiallaridan foydalangan holda ishlab chiqarilgan, "lekin biz parallel o'q teoremasi asosida panel qalinligini 0,375 dyuymdan 0,175 dyuymgacha kamaytirdik. . Bu shunday. Usul nur nazariyasining qo'shimcha elementlari va klassik laminat nazariyasi [CLT] bilan birgalikda to'liq o'lchamli AMCB ning inertsiya momenti va samarali qattiqligini boshqarish uchun qulayroq bo'lgan kichikroq o'lchamli demo mahsulot bilan bog'lash uchun ishlatilgan. tejamkor. Keyinchalik, biz XCraft Inc. (Boston, Massachusets, AQSh) tomonidan ishlab chiqilgan chekli elementlar tahlili [FEA] modeli konstruktiv ta'mirlash dizaynini yaxshilash uchun ishlatilgan. Sinov panellari va AMCB modeli uchun ishlatiladigan uglerod tolali mato Vectorply kompaniyasidan sotib olindi va balsa yadrosi Core Composites (Bristol, RI, AQSh) tomonidan ishlab chiqarilgan.
Qadam 1. Ushbu sinov paneli markazda belgilangan zararni taqlid qilish va aylanani tuzatish uchun 3 dyuymli teshik diametrini ko'rsatadi. Barcha bosqichlar uchun fotosurat manbai: Custom Technologies MChJ.
Qadam 2. Zararlangan materialni olib tashlash uchun batareya bilan ishlaydigan qo'lda maydalagichdan foydalaning va ta'mirlash yamog'ini 12: 1 konus bilan yoping.
"Biz sinov taxtasida daladagi ko'prik maydonchasida ko'rinadigan darajadan yuqori darajadagi zararni taqlid qilmoqchimiz", deb tushuntirdi Bergen. “Shunday qilib, bizning usulimiz 3 dyuymli diametrli teshik ochish uchun arra yordamida. Keyin, biz shikastlangan materialning vilkasini chiqaramiz va 12: 1 sharfni qayta ishlash uchun qo'lda pnevmatik maydalagichdan foydalanamiz.
Crane, uglerod tolasi / epoksi ta'mirlash uchun "buzilgan" panel materiali olib tashlanganidan va tegishli sharf qo'llanilgandan so'ng, prepreg shikastlangan joyning torayishiga mos keladigan kenglik va uzunlikka kesilishini tushuntirdi. "Bizning sinov panelimiz uchun bu ta'mirlash materialini asl shikastlanmagan uglerod panelining yuqori qismiga mos kelishi uchun to'rtta prepreg qatlamini talab qiladi. Shundan so'ng, uglerod / epoksi prepregning uchta qoplama qatlami ta'mirlangan qismga to'planadi. Har bir keyingi qatlam pastki qatlamning barcha tomonlarida 1 dyuymga cho'ziladi, bu esa "yaxshi" atrofdagi materialdan ta'mirlangan maydonga bosqichma-bosqich yuk o'tkazilishini ta'minlaydi. Ushbu ta'mirlashni amalga oshirishning umumiy vaqti, shu jumladan ta'mirlash maydonini tayyorlash, tiklash materialini kesish va joylashtirish va quritish jarayonini qo'llash - taxminan 2,5 soat.
Uglerod tolasi/epoksi prepreg uchun ta'mirlash joyi vakuum bilan o'raladi va batareya bilan ishlaydigan termal bog'lovchi yordamida 210°F/99°C da bir soat davomida quritiladi.
Garchi uglerod / epoksidni ta'mirlash oddiy va tez bo'lsa-da, jamoa ishlashni tiklash uchun qulayroq echimga ehtiyoj borligini tan oldi. Bu ultrabinafsha (UV) davolovchi prepreglarni o'rganishga olib keldi. "Sunrez vinil ester qatronlariga bo'lgan qiziqish kompaniya asoschisi Mark Livesay bilan oldingi dengiz tajribasiga asoslangan", deb tushuntirdi Bergen. "Biz birinchi navbatda Sunrezni vinil ester prepreg yordamida kvazizotropik shisha mato bilan ta'minladik va turli sharoitlarda qattiqlashuv egri chizig'ini baholadik. Bundan tashqari, biz bilamizki, vinil ester qatroni epoksi qatroniga o'xshamaydi, bu mos keladigan ikkilamchi yopishqoqlik ko'rsatkichini ta'minlaydi, shuning uchun turli xil yopishtiruvchi qatlamlarni biriktiruvchi moddalarni baholash va qaysi biri qo'llanilishiga mos kelishini aniqlash uchun qo'shimcha harakatlar talab etiladi.
Yana bir muammo shundaki, shisha tolalar uglerod tolalari bilan bir xil mexanik xususiyatlarni ta'minlay olmaydi. "Uglerod / epoksi yamoq bilan solishtirganda, bu muammo shisha / vinil esterning qo'shimcha qatlami yordamida hal qilinadi", dedi Kran. "Faqat bitta qo'shimcha qatlam kerak bo'lishining sababi shundaki, shisha material og'irroq matodir." Bu hatto juda sovuq/muzlatish dala haroratida ham olti daqiqa ichida qo'llanilishi va birlashtirilishi mumkin bo'lgan mos yamoq ishlab chiqaradi. Issiqlikni ta'minlamasdan quritish. Kran, bu ta'mirlash ishlarini bir soat ichida yakunlash mumkinligini ta'kidladi.
Ikkala yamoq tizimi ham ko'rsatildi va sinovdan o'tkazildi. Har bir ta'mirlash uchun shikastlanadigan joy belgilanadi (1-bosqich), teshik arra bilan yaratiladi va keyin batareya bilan ishlaydigan qo'lda maydalagich yordamida chiqariladi (2-bosqich). Keyin ta'mirlangan joyni 12: 1 konusga kesib tashlang. Sharfning sirtini spirt yostig'i bilan tozalang (3-bosqich). Keyinchalik, ta'mirlash yamog'ini ma'lum bir o'lchamda kesib oling, uni tozalangan yuzaga qo'ying (4-qadam) va havo pufakchalarini olib tashlash uchun uni rulon bilan mustahkamlang. Shisha tolali/UV-davolovchi vinil ester prepreg uchun, so'ngra bo'shatish qatlamini ta'mirlangan joyga qo'ying va yamoqni simsiz UV chiroq bilan olti daqiqa davomida quriting (5-bosqich). Uglerod tolasi/epoksi prepreg uchun oldindan dasturlashtirilgan, bitta tugmachali, akkumulyator bilan ishlaydigan termal biriktirgichdan foydalaning va ta'mirlangan joyni 210°F/99°C haroratda bir soat davomida tozalang.
Qadam 5. Peeling qatlamini ta'mirlangan joyga qo'ygandan so'ng, yamoqni 6 daqiqa davomida davolash uchun simsiz UV chiroqdan foydalaning.
"Keyin biz yamoqning yopishqoqligini va strukturaning yuk ko'tarish qobiliyatini tiklash qobiliyatini baholash uchun sinovlarni o'tkazdik", dedi Bergen. “Birinchi bosqichda biz qo'llash qulayligi va kuchning kamida 75 foizini tiklash qobiliyatini isbotlashimiz kerak. Bu simulyatsiya qilingan zararni tuzatgandan so'ng, 4 x 48 dyuymli uglerod tolasi / epoksi qatroni va balsa yadro nurida to'rt nuqtali egilish orqali amalga oshiriladi. Ha. Loyihaning ikkinchi bosqichida 12 x 48 dyuymli panel ishlatilgan va murakkab kuchlanish yuklari ostida 90% dan ortiq kuch talablarini ko'rsatishi kerak. Biz ushbu talablarning barchasini bajardik va keyin AMCB modelida ta'mirlash usullarini suratga oldik. Vizual ma'lumotni taqdim etish uchun infield texnologiyasi va uskunalaridan qanday foydalanish kerak.
Loyihaning asosiy jihati yangi boshlanuvchilar ta'mirlashni osonlik bilan yakunlashini isbotlashdir. Shu sababdan Bergenning bir fikri bor edi: “Men armiyadagi ikkita texnik aloqalarimizga: doktor Bernard Sia va Eshli Gennaga ko'rsatishga va'da berdim. Loyihaning birinchi bosqichini yakuniy ko'rib chiqishda men hech qanday ta'mirlashni so'radim. Ta'mirlashni tajribali Eshli amalga oshirdi. Biz taqdim etgan to'plam va qo'llanmadan foydalanib, u yamoqni qo'lladi va hech qanday muammosiz ta'mirlashni yakunladi.
2-rasm. Batareya bilan ishlaydigan, oldindan dasturlashtirilgan, batareya bilan ishlaydigan termal biriktiruvchi mashina bir tugmani bosish bilan uglerod tolasi / epoksi ta'mirlash patchini tuzatishi mumkin, bunda ta'mirlash bilimi yoki davolash siklini dasturlash kerak emas. Rasm manbai: Custom Technologies, LLC
Yana bir muhim ishlanma - bu akkumulyator bilan ishlaydigan davolash tizimi (2-rasm). "Dalada texnik xizmat ko'rsatish orqali siz faqat batareya quvvatiga ega bo'lasiz", deb ta'kidladi Bergen. "Biz ishlab chiqqan ta'mirlash to'plamidagi barcha texnologik uskunalar simsizdir." Bunga Custom Technologies va termal biriktiruvchi mashina yetkazib beruvchi WichiTech Industries Inc. (Randallstaun, Merilend, AQSh) mashinasi tomonidan birgalikda ishlab chiqilgan batareya quvvatli termal bog'lanish kiradi. "Ushbu batareya bilan ishlaydigan termal bog'lovchi to'liq quritish uchun oldindan dasturlashtirilgan, shuning uchun yangi boshlanuvchilar davolash siklini dasturlashlari shart emas", dedi Kran. "Ular to'g'ri rampani bajarish va ho'llash uchun tugmani bosishlari kerak." Hozirda ishlatilayotgan akkumulyatorlar bir yil davomida quvvatlanishi mumkin.
Loyihaning ikkinchi bosqichini yakunlash bilan Custom Technologies keyingi takomillashtirish bo'yicha takliflarni tayyorlamoqda va qiziqish va qo'llab-quvvatlash xatlarini to'plamoqda. "Bizning maqsadimiz bu texnologiyani TRL 8 ga yetkazish va uni maydonga olib chiqish", dedi Bergen. "Biz harbiy bo'lmagan ilovalar uchun ham potentsialni ko'ramiz."
Sanoatning birinchi tolali armatura ortidagi eski san'atni tushuntiradi va yangi tolalar haqidagi fan va kelajakdagi rivojlanish haqida chuqur tushunchaga ega.
Tez orada va birinchi marta parvoz qiladigan 787 o'z maqsadlariga erishish uchun kompozit materiallar va jarayonlardagi innovatsiyalarga tayanadi.
Yuborilgan vaqt: 2021-02-sentabr