Kiti kinachoweza kusongeshwa kinaweza kurekebishwa na fiberglass ya UV-crable/vinyl au nyuzi za kaboni/epoxy iliyohifadhiwa kwenye joto la kawaida na vifaa vya kuponya vya betri. #InsideManufactoring #infrastructure
Ukarabati wa kiraka cha UV-Crable Prepreg Ingawa ukarabati wa kaboni/epoxy prepreg iliyoundwa na Forodha Technologies LLC kwa Daraja la Infield Composite imeonekana kuwa rahisi na ya haraka, utumiaji wa glasi iliyoimarishwa ya glasi ya UV iliyosababishwa . Chanzo cha Picha: Tabia ya Teknolojia ya Tamaduni
Madaraja ya kawaida ya kupelekwa ni mali muhimu kwa shughuli za kijeshi na vifaa, pamoja na urejesho wa miundombinu ya usafirishaji wakati wa majanga ya asili. Miundo ya mchanganyiko inasomwa ili kupunguza uzito wa madaraja kama haya, na hivyo kupunguza mzigo kwenye magari ya usafirishaji na mifumo ya uzinduzi. Ikilinganishwa na madaraja ya chuma, vifaa vyenye mchanganyiko pia vina uwezo wa kuongeza uwezo wa kubeba mzigo na kupanua maisha ya huduma.
Daraja la hali ya juu la mchanganyiko (AMCB) ni mfano. Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, US) na Vifaa vya Sayansi ya Sayansi (Horsham, PA, US) hutumia laminates za kaboni-iliyoimarishwa (Kielelezo 1). ) Ubunifu na ujenzi). Walakini, uwezo wa kukarabati miundo kama hii kwenye uwanja imekuwa suala ambalo linazuia kupitishwa kwa vifaa vya mchanganyiko.
Kielelezo 1 Daraja la Composite, Daraja kuu la Advanced Advanced Modular Composite (AMCB) lilibuniwa na kujengwa na Seemann Composites LLC na Vifaa vya Sayansi ya Sayansi ya Sayansi kwa kutumia nyuzi za kaboni zilizoimarishwa za epoxy. Chanzo cha picha: Seeman Composites LLC (kushoto) na Jeshi la Amerika (kulia).
Mnamo mwaka wa 2016, Forodha Technologies LLC (Millersville, MD, US) ilipokea ruzuku ya Utafiti wa Biashara ndogo ya Biashara ndogo ya Amerika (SBIR) kuunda njia ya ukarabati ambayo inaweza kufanywa kwa mafanikio kwenye tovuti na askari. Kulingana na njia hii, awamu ya pili ya ruzuku ya SBIR ilipewa mnamo 2018 kuonyesha vifaa vipya na vifaa vyenye nguvu ya betri, hata ikiwa kiraka kinafanywa na novice bila mafunzo ya hapo awali, 90% au zaidi ya muundo unaweza kurejeshwa RAW nguvu. Uwezo wa teknolojia imedhamiriwa kwa kufanya safu ya uchambuzi, uteuzi wa nyenzo, viwandani vya utengenezaji na kazi za upimaji wa mitambo, pamoja na matengenezo ya kiwango kidogo na kamili.
Mtafiti mkuu katika awamu mbili za SBIR ni Michael Bergen, mwanzilishi na rais wa Forodha Technologies LLC. Bergen alistaafu kutoka Carderock ya Kituo cha Vita vya Naval Surface (NSWC) na alihudumu katika idara ya miundo na vifaa kwa miaka 27, ambapo alisimamia maendeleo na utumiaji wa teknolojia za mchanganyiko katika meli ya Jeshi la Merika la Merika. Dk Roger Crane alijiunga na Teknolojia ya Forodha mnamo 2015 baada ya kustaafu kutoka Jeshi la Jeshi la Merika mnamo 2011 na amehudumu kwa miaka 32. Utaalam wake wa vifaa vyenye mchanganyiko ni pamoja na machapisho ya kiufundi na ruhusu, kufunika mada kama vile vifaa vipya vya mchanganyiko, utengenezaji wa mfano, njia za unganisho, vifaa vya kazi vya mchanganyiko, ufuatiliaji wa afya ya muundo, na urekebishaji wa nyenzo za mchanganyiko.
Wataalam hao wawili wameandaa mchakato wa kipekee ambao hutumia vifaa vyenye mchanganyiko kurekebisha nyufa katika muundo wa aluminium wa darasa la Ticonderoga CG-47 lililoongozwa na kombora la 5456. kwa uingizwaji wa bodi ya jukwaa la dola milioni 2 hadi 4, "Bergen alisema. "Kwa hivyo tulithibitisha kuwa tunajua jinsi ya kufanya matengenezo nje ya maabara na katika mazingira halisi ya huduma. Lakini changamoto ni kwamba njia za sasa za mali za jeshi hazifanikiwa sana. Chaguo ni ukarabati wa duplex [kimsingi katika maeneo yaliyoharibiwa gundi bodi hadi juu] au kuondoa mali kutoka kwa huduma kwa matengenezo ya kiwango cha ghala (D-Level). Kwa sababu matengenezo ya kiwango cha D yanahitajika, mali nyingi huwekwa kando. "
Aliendelea kusema kuwa kinachohitajika ni njia ambayo inaweza kufanywa na askari wasio na uzoefu katika vifaa vya mchanganyiko, kwa kutumia vifaa vya matengenezo tu. Lengo letu ni kufanya mchakato kuwa rahisi: soma mwongozo, tathmini uharibifu na ufanye matengenezo. Hatutaki kuchanganya resini za kioevu, kwani hii inahitaji kipimo sahihi ili kuhakikisha tiba kamili. Tunahitaji pia mfumo ambao hauna taka hatari baada ya matengenezo kukamilika. Na lazima iwe vifurushi kama kit ambacho kinaweza kupelekwa na mtandao uliopo. "
Suluhisho moja ambalo Teknolojia ya Forodha ilionyesha kwa mafanikio ni vifaa vya kubebea ambavyo hutumia wambiso wa epoxy uliobadilishwa kubinafsisha kiraka cha wambiso kulingana na saizi ya uharibifu (hadi inchi 12 za mraba). Maandamano hayo yalikamilishwa kwenye nyenzo zenye mchanganyiko zinazowakilisha staha ya inchi 3-inch. Nyenzo ya mchanganyiko ina msingi wa mbao wa inchi 3 -inchi (pauni 15 kwa wiani wa mguu wa ujazo) na tabaka mbili za vectorply (Phoenix, Arizona, US) C -LT 1100 kaboni nyuzi 0 °/90 ° Kitambaa kilichopigwa, Tabaka moja la C-TLX 1900 kaboni nyuzi 0 °/+45 °/-45 ° Shafts tatu na tabaka mbili za C-LT 1100, jumla ya tabaka tano. "Tuliamua kwamba kit kitatumia viraka vilivyoandaliwa katika laminate ya quasi-isotropiki sawa na mhimili wa anuwai ili mwelekeo wa kitambaa usiwe suala," Crane alisema.
Suala linalofuata ni matrix ya resin inayotumika kwa ukarabati wa laminate. Ili kuzuia kuchanganya resin ya kioevu, kiraka kitatumia prepreg. "Walakini, changamoto hizi ni za kuhifadhi," Bergen alielezea. Kuendeleza suluhisho la kiraka linaloweza kusongeshwa, Teknolojia za Forodha zimeshirikiana na Sunrez Corp. (El Cajon, California, USA) kukuza glasi ya glasi/vinyl ester prepreg ambayo inaweza kutumia taa ya ultraviolet (UV) katika kuponya taa za dakika sita. Ilishirikiana pia na Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, USA), ambayo ilionyesha matumizi ya filamu mpya ya epoxy.
Uchunguzi wa mapema umeonyesha kuwa resin ya epoxy ndio resin inayofaa zaidi kwa ester ya kaboni ya kaboni prepregs-UV-curable vinyl na glasi ya glasi inafanya kazi vizuri, lakini usiponye chini ya nyuzi za kaboni zinazozuia mwanga. Kwa msingi wa filamu mpya ya Gougeon Brothers, prepreg ya mwisho ya mwisho huponywa kwa saa 1 kwa 210 ° F/99 ° C na ina maisha marefu ya rafu kwenye joto la kawaida-hakuna haja ya kuhifadhi joto la chini. Bergen alisema kuwa ikiwa joto la juu la mpito wa glasi (TG) linahitajika, resin pia itaponywa kwa joto la juu, kama 350 ° F/177 ° C. Prepregs zote mbili hutolewa kwenye kitengo cha kukarabati kinachoweza kusongeshwa kama safu ya viraka vya prepreg vilivyotiwa muhuri kwenye bahasha ya filamu ya plastiki.
Kwa kuwa vifaa vya ukarabati vinaweza kuhifadhiwa kwa muda mrefu, teknolojia za kawaida zinahitajika kufanya masomo ya maisha ya rafu. "Tulinunua vifuniko vinne vya plastiki ngumu - aina ya kawaida ya kijeshi inayotumika katika vifaa vya usafirishaji -na kuweka sampuli za wambiso wa epoxy na vinyl ester prepreg katika kila enclosed," Bergen alisema. Sanduku hizo ziliwekwa katika maeneo manne tofauti ya kupima: paa la kiwanda cha Gougeon Brothers huko Michigan, paa la Uwanja wa Ndege wa Maryland, kituo cha nje katika Bonde la Yucca (Jangwa la California), na maabara ya nje ya upimaji wa Corrosion Kusini mwa Florida. Kesi zote zina magogo ya data, Bergen anasema, "Tunachukua sampuli za data na vifaa vya tathmini kila baada ya miezi mitatu. Joto la juu lililorekodiwa kwenye masanduku huko Florida na California ni 140 ° F, ambayo ni nzuri kwa resini nyingi za urejesho. Ni changamoto ya kweli. " Kwa kuongezea, Gougeon Brothers walijaribu ndani resin mpya ya epoxy safi. "Sampuli ambazo zimewekwa katika oveni saa 120 ° F kwa miezi kadhaa huanza polymerize," Bergen alisema. "Walakini, kwa sampuli zinazolingana zilizohifadhiwa 110 ° F, kemia ya resin imeboreshwa tu kwa kiwango kidogo."
Ukarabati huo ulithibitishwa kwenye bodi ya majaribio na mfano huu wa AMCB, ambao ulitumia vifaa sawa vya laminate na msingi kama daraja la asili lililojengwa na Composites za Seemann. Chanzo cha Picha: Tabia ya Teknolojia ya Tamaduni
Ili kuonyesha mbinu ya ukarabati, mwakilishi wa mwakilishi lazima atengenezwe, kuharibiwa na kurekebishwa. "Katika awamu ya kwanza ya mradi huo, hapo awali tulitumia mihimili ndogo 4 x 48-inch na vipimo vya alama nne ili kutathmini uwezekano wa mchakato wetu wa ukarabati," Klein alisema. "Halafu, tulibadilika kuwa paneli za inchi 12 x 48 katika awamu ya pili ya mradi, tukatumia mizigo kutoa hali ya dhiki ya biaxial kusababisha kutofaulu, na kisha kukagua utendaji wa ukarabati. Katika awamu ya pili, pia tulikamilisha mfano wa AMCB tuliunda matengenezo. "
Bergen alisema kuwa jopo la jaribio lililotumika kudhibitisha utendaji wa ukarabati lilitengenezwa kwa kutumia safu sawa ya laminates na vifaa vya msingi kama AMCB iliyotengenezwa na composites za Seemann, "lakini tulipunguza unene wa jopo kutoka inchi 0.375 hadi inchi 0.175, kwa msingi wa Theorem ya Axis Sambamba ya Theore . Hii ndio kesi. Njia hiyo, pamoja na mambo ya ziada ya nadharia ya boriti na nadharia ya laminate ya classical [CLT], ilitumiwa kuunganisha wakati wa hali ya hewa na ugumu wa AMCB kamili na bidhaa ndogo ya ukubwa ambayo ni rahisi kushughulikia na zaidi gharama nafuu. Halafu, sisi mfano wa Uchambuzi wa Vipengee vya Finite [FEA] vilivyotengenezwa na Xcraft Inc. (Boston, Massachusetts, USA) ilitumiwa kuboresha muundo wa matengenezo ya muundo. " Kitambaa cha kaboni kilichotumiwa kwa paneli za mtihani na mfano wa AMCB ulinunuliwa kutoka Vectorply, na msingi wa Balsa ulitengenezwa na Core Composites (Bristol, RI, US) iliyotolewa.
Hatua ya 1. Jopo hili la jaribio linaonyesha kipenyo cha shimo la inchi 3 kuiga uharibifu uliowekwa katikati na ukarabati mzunguko. Chanzo cha picha kwa hatua zote: Tabia ya Teknolojia ya Tamaduni.
Hatua ya 2. Tumia grinder ya mwongozo yenye nguvu ya betri kuondoa nyenzo zilizoharibiwa na kufunika kiraka cha kukarabati na taji 12: 1.
"Tunataka kuiga uharibifu wa kiwango cha juu kwenye bodi ya mtihani kuliko inavyoonekana kwenye dawati la daraja kwenye uwanja," Bergen alielezea. "Kwa hivyo njia yetu ni kutumia shimo la shimo kutengeneza shimo la kipenyo cha inchi 3. Halafu, tunatoa plug ya nyenzo zilizoharibiwa na tumia grinder ya nyumatiki iliyoshikiliwa kwa mikono kusindika kitambaa 12: 1. "
Crane alielezea kuwa kwa ukarabati wa kaboni/ukarabati wa kaboni, mara nyenzo za jopo "zilizoharibiwa" zitakapoondolewa na kitambaa kinachofaa kinatumika, prepreg itakatwa kwa upana na urefu ili kufanana na eneo la eneo lililoharibiwa. "Kwa jopo letu la majaribio, hii inahitaji tabaka nne za prepreg kuweka vifaa vya ukarabati vinavyoendana na sehemu ya juu ya jopo la kaboni lisiloharibika. Baada ya hapo, tabaka tatu za kifuniko cha kaboni/epoxy prepreg zimejilimbikizia hii kwenye sehemu iliyorekebishwa. Kila safu inayofuata inaenea inchi 1 kwa pande zote za safu ya chini, ambayo hutoa uhamishaji wa mzigo wa polepole kutoka kwa nyenzo "nzuri" inayozunguka hadi eneo lililorekebishwa. " Wakati wote wa kufanya utayarishaji wa eneo la kukarabati-pamoja na kukarabati, kukata na kuweka vifaa vya kurejesha na kutumia utaratibu wa kuponya takriban masaa 2.5.
Kwa nyuzi ya kaboni/epoxy prepreg, eneo la ukarabati limejaa na kuponywa kwa 210 ° F/99 ° C kwa saa moja kwa kutumia betri yenye nguvu ya betri.
Ingawa ukarabati wa kaboni/epoxy ni rahisi na haraka, timu ilitambua hitaji la suluhisho rahisi zaidi kurejesha utendaji. Hii ilisababisha uchunguzi wa ultraviolet (UV) kuponya prepregs. "Kuvutiwa na sunrez vinyl ester resini ni msingi wa uzoefu wa zamani wa majini na mwanzilishi wa kampuni hiyo Mark LivesAy," Bergen alielezea. "Kwanza tulitoa Sunrez na kitambaa cha glasi-isotropiki, kwa kutumia vinyl ester prepreg yao, na kukagua Curve ya kuponya chini ya hali tofauti. Kwa kuongezea, kwa sababu tunajua kuwa resin ya vinyl ester sio kama resin ya epoxy ambayo hutoa utendaji mzuri wa sekondari, kwa hivyo juhudi za ziada zinahitajika kutathmini mawakala wa safu ya wambiso ya wambiso na kuamua ni ipi inayofaa kwa programu. "
Shida nyingine ni kwamba nyuzi za glasi haziwezi kutoa mali sawa ya mitambo kama nyuzi za kaboni. "Ikilinganishwa na kiraka cha kaboni/epoxy, shida hii inatatuliwa kwa kutumia safu ya ziada ya glasi/vinyl ester," Crane alisema. "Sababu ya safu moja tu ya ziada inahitajika ni kwamba vifaa vya glasi ni kitambaa kizito." Hii hutoa kiraka kinachofaa ambacho kinaweza kutumika na kujumuishwa ndani ya dakika sita hata kwa joto baridi sana/kufungia joto. Kuponya bila kutoa joto. Crane alisema kwamba kazi hii ya ukarabati inaweza kukamilika ndani ya saa moja.
Mifumo yote miwili ya kiraka imeonyeshwa na kupimwa. Kwa kila ukarabati, eneo ambalo limeharibiwa limewekwa alama (hatua ya 1), iliyoundwa na shimo la shimo, na kisha kuondolewa kwa kutumia grinder ya mwongozo iliyo na betri (Hatua ya 2). Kisha kata eneo lililorekebishwa kuwa taji 12: 1. Safisha uso wa kitambaa na pedi ya pombe (hatua ya 3). Ifuatayo, kata kiraka cha ukarabati kwa saizi fulani, uweke kwenye uso uliosafishwa (hatua ya 4) na uijumuishe na roller ili kuondoa Bubbles za hewa. Kwa glasi ya glasi/UV-caing vinyl ester prepreg, kisha weka safu ya kutolewa kwenye eneo lililorekebishwa na uponya kiraka na taa isiyo na waya ya UV kwa dakika sita (hatua ya 5). Kwa nyuzi ya kaboni/epoxy prepreg, tumia kitufe cha kabla, kitufe cha betri, chenye nguvu ya betri kwa pakiti ya utupu na kuponya eneo lililorekebishwa kwa 210 ° F/99 ° C kwa saa moja.
Hatua ya 5. Baada ya kuweka safu ya peeling kwenye eneo lililorekebishwa, tumia taa ya UV isiyo na waya kuponya kiraka kwa dakika 6.
"Halafu tukafanya vipimo ili kutathmini wambiso wa kiraka na uwezo wake wa kurejesha uwezo wa kubeba mzigo," Bergen alisema. "Katika hatua ya kwanza, tunahitaji kudhibitisha urahisi wa matumizi na uwezo wa kupona angalau 75% ya nguvu. Hii inafanywa kwa kuinama kwa alama nne kwenye 4 x 48 inch kaboni fiber/epoxy resin na boriti ya msingi ya Balsa baada ya kukarabati uharibifu uliowekwa. Ndio. Awamu ya pili ya mradi ilitumia jopo la inchi 12 x 48, na lazima ionyeshe mahitaji ya nguvu zaidi ya 90% chini ya mizigo ngumu ya mnachuja. Tulikutana na mahitaji haya yote, na kisha tukapiga picha njia za ukarabati kwenye mfano wa AMCB. Jinsi ya kutumia teknolojia ya infield na vifaa kutoa kumbukumbu ya kuona. "
Sehemu muhimu ya mradi ni kudhibitisha kuwa novices zinaweza kukamilisha ukarabati kwa urahisi. Kwa sababu hii, Bergen alikuwa na wazo: "Nimeahidi kuonyesha mawasiliano yetu mawili ya kiufundi katika Jeshi: Dk. Bernard Sia na Ashley Genna. Katika hakiki ya mwisho ya awamu ya kwanza ya mradi, sikuuliza matengenezo yoyote. Ashley aliye na uzoefu alifanya ukarabati. Kutumia kit na mwongozo ambao tumetoa, alitumia kiraka na kukamilisha ukarabati bila shida yoyote. "
Kielelezo cha 2 Kuponya kwa betri-iliyo na betri iliyopangwa kabla, iliyo na betri-iliyo na betri inayoweza kuponya kaboni ya kaboni/kiraka cha ukarabati wa epoxy wakati wa kushinikiza kitufe, bila hitaji la maarifa ya ukarabati au programu ya kuponya. Chanzo cha picha: Teknolojia za Forodha, LLC
Ukuzaji mwingine muhimu ni mfumo wa kuponya wa betri (Mchoro 2). "Kupitia matengenezo ya infield, una nguvu ya betri tu," Bergen alisema. "Vifaa vyote vya mchakato kwenye vifaa vya ukarabati ambavyo tumetengeneza havina waya." Hii ni pamoja na dhamana ya mafuta yenye nguvu ya betri iliyoundwa kwa pamoja na Teknolojia ya Forodha na Mtoaji wa Mashine ya Mashine ya Wichitech Viwanda (Randallstown, Maryland, USA) Mashine. "Bonder hii yenye nguvu ya betri imepangwa kabla ya kukamilisha uponyaji, kwa hivyo novices hazihitaji kupanga mzunguko wa kuponya," Crane alisema. "Wanahitaji tu kubonyeza kitufe kukamilisha barabara sahihi na loweka." Betri zinazotumika kwa sasa zinaweza kudumu kwa mwaka kabla ya kuhitaji kusambazwa tena.
Kukamilika kwa awamu ya pili ya mradi, Teknolojia za Forodha zinaandaa mapendekezo ya uboreshaji na kukusanya barua za riba na msaada. "Lengo letu ni kukomaa teknolojia hii kwa TRL 8 na kuileta uwanjani," Bergen alisema. "Tunaona pia uwezo wa matumizi yasiyo ya kijeshi."
Inaelezea sanaa ya zamani nyuma ya uimarishaji wa kwanza wa nyuzi, na ina uelewa wa kina wa sayansi mpya ya nyuzi na maendeleo ya baadaye.
Inakuja hivi karibuni na kuruka kwa mara ya kwanza, 787 hutegemea uvumbuzi katika vifaa vya mchanganyiko na michakato kufikia malengo yake
Wakati wa chapisho: SEP-02-2021