Seti ya kubebeka inaweza kurekebishwa kwa kioo cha nyuzinyuzi/vinyl esta inayoweza kutibika na UV au nyuzinyuzi kaboni/epoxy prepreg iliyohifadhiwa kwenye halijoto ya kawaida na vifaa vya kutibu vinavyoendeshwa na betri.#utengenezaji wa ndani #miundombinu
Urekebishaji wa kiraka unaoweza kutibika na UV Ijapokuwa urekebishaji wa kaboni fiber/epoxy prepreg uliotengenezwa na Custom Technologies LLC kwa ajili ya daraja la mchanganyiko wa infield umeonekana kuwa rahisi na wa haraka, utumiaji wa nyuzi za glasi zilizoimarishwa na resin ester ester ya UV Prepreg imeunda mfumo unaofaa zaidi. .Chanzo cha picha: Custom Technologies LLC
Madaraja ya kawaida ya kupelekwa ni mali muhimu kwa shughuli za mbinu za kijeshi na vifaa, pamoja na urejesho wa miundombinu ya usafiri wakati wa majanga ya asili.Miundo ya mchanganyiko inachunguzwa ili kupunguza uzito wa madaraja hayo, na hivyo kupunguza mzigo wa magari ya usafiri na taratibu za urejeshaji wa 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 Advanced Modular Composite (AMCB) ni mfano.Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, US) na Materials Sciences LLC (Horsham, PA, US) hutumia laminates za epoksi zilizoimarishwa na nyuzinyuzi za kaboni (Mchoro 1).) Ubunifu na ujenzi).Hata hivyo, uwezo wa kutengeneza miundo hiyo katika shamba imekuwa suala ambalo linazuia kupitishwa kwa vifaa vya composite.
Kielelezo cha 1 Daraja la Mchanganyiko, kipengee muhimu cha kipengee cha Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) kiliundwa na kujengwa na Seemann Composites LLC na Materials Sciences LLC kwa kutumia nyuzinyuzi za kaboni zilizoimarishwa za resin epoxy.Chanzo cha picha: Seeman Composites LLC (kushoto) na Jeshi la Marekani (kulia).
Mnamo 2016, Custom Technologies LLC (Millersville, MD, US) ilipokea ruzuku ya Awamu ya 1 ya Utafiti wa Ubunifu wa Biashara Ndogo (SBIR) ya Awamu ya 1 inayofadhiliwa na Jeshi la Custom Technologies (Millersville, MD) ili kuunda mbinu ya ukarabati ambayo inaweza kutekelezwa kwa mafanikio kwenye tovuti na askari.Kulingana na mbinu hii, awamu ya pili ya ruzuku ya SBIR ilitolewa mwaka wa 2018 ili kuonyesha vifaa vipya na vifaa vinavyotumia betri, hata kama kiraka kinafanywa na novice bila mafunzo ya awali, 90% au zaidi ya muundo inaweza kurejeshwa Raw. nguvu.Uwezekano wa teknolojia imedhamiriwa kwa kufanya mfululizo wa uchambuzi, uteuzi wa nyenzo, utengenezaji wa sampuli na kazi za kupima mitambo, pamoja na ukarabati mdogo na kamili.
Mtafiti mkuu katika awamu hizo mbili za SBIR ni Michael Bergen, mwanzilishi na rais wa Custom Technologies LLC.Bergen alistaafu kutoka Carderock wa Kituo cha Vita vya Uso wa Majini (NSWC) na alihudumu katika Idara ya Miundo na Nyenzo kwa miaka 27, ambapo alisimamia ukuzaji na matumizi ya teknolojia za mchanganyiko katika meli za Jeshi la Wanamaji la Merika.Dkt. Roger Crane alijiunga na Custom Technologies mwaka wa 2015 baada ya kustaafu kutoka Jeshi la Wanamaji la Marekani mwaka wa 2011 na amehudumu kwa miaka 32.Utaalam wake wa vifaa vya mchanganyiko ni pamoja na machapisho ya kiufundi na hataza, zinazoshughulikia mada kama vile nyenzo mpya za mchanganyiko, utengenezaji wa mifano, njia za uunganisho, nyenzo zenye mchanganyiko wa kazi nyingi, ufuatiliaji wa afya ya muundo, na urejeshaji wa nyenzo zenye mchanganyiko.
Wataalam hao wawili wamebuni mchakato wa kipekee unaotumia nyenzo zenye mchanganyiko kukarabati nyufa katika muundo mkuu wa aluminium wa darasa la Ticonderoga CG-47 cruiser 5456. "Mchakato huo uliandaliwa ili kupunguza ukuaji wa nyufa na kutumika kama njia mbadala ya kiuchumi. badala ya bodi ya jukwaa ya dola milioni 2 hadi 4,” Bergen alisema.“Kwa hiyo tulithibitisha kuwa tunajua kufanya matengenezo nje ya maabara na katika mazingira halisi ya huduma.Lakini changamoto ni kwamba mbinu za sasa za mali za kijeshi hazifaulu sana.Chaguo ni urekebishaji uliounganishwa wa duplex [kimsingi katika maeneo yaliyoharibiwa Gundisha ubao juu] au ondoa kipengee kutoka kwa huduma kwa urekebishaji wa kiwango cha ghala (kiwango cha D).Kwa sababu matengenezo ya kiwango cha D yanahitajika, mali nyingi huwekwa kando.
Aliendelea kusema kinachotakiwa ni mbinu ambayo inaweza kufanywa na askari wasio na uzoefu wa kutengeneza vifaa vya mchanganyiko, kwa kutumia vifaa na mwongozo wa matengenezo pekee.Lengo letu ni kufanya mchakato rahisi: kusoma mwongozo, kutathmini uharibifu na kufanya matengenezo.Hatutaki kuchanganya resini za kioevu, kwani hii inahitaji kipimo sahihi ili kuhakikisha tiba kamili.Pia tunahitaji mfumo usio na taka hatarishi baada ya ukarabati kukamilika.Na lazima iwe kifurushi kama kit ambayo inaweza kupelekwa na mtandao uliopo.”
Suluhisho moja ambalo Custom Technologies ilionyesha kwa mafanikio ni seti ya kubebeka ambayo hutumia kibandiko cha epoksi kilichoimarishwa ili kubinafsisha kiraka cha kuunganisha kibambo kulingana na ukubwa wa uharibifu (hadi inchi 12 za mraba).Maonyesho hayo yalikamilishwa kwa nyenzo ya mchanganyiko inayowakilisha sitaha ya AMCB yenye unene wa inchi 3.Nyenzo ya mchanganyiko ina msingi wa mbao wa balsa nene wa inchi 3 (pauni 15 kwa kila wiani wa futi za ujazo) na safu mbili za Vectorply (Phoenix, Arizona, Marekani) C -LT 1100 nyuzinyuzi kaboni 0°/90° kitambaa kilichounganishwa cha biaxial, safu moja ya C-TLX 1900 carbon fiber 0 °/+45°/-45° shafts tatu na tabaka mbili za C-LT 1100, jumla ya tabaka tano."Tuliamua kwamba kit kitatumia patches zilizopangwa tayari katika laminate ya quasi-isotropic sawa na mhimili mbalimbali ili mwelekeo wa kitambaa hautakuwa suala," Crane alisema.
Suala linalofuata ni matrix ya resin inayotumiwa kutengeneza laminate.Ili kuzuia kuchanganya resin ya kioevu, kiraka kitatumia prepreg."Walakini, changamoto hizi ni uhifadhi," Bergen alielezea.Ili kutengeneza suluhu ya viraka vinavyoweza kuhifadhiwa, Custom Technologies imeshirikiana na Sunrez Corp. (El Cajon, California, Marekani) kutengeneza kioo cha fiber/vinyl ester prepreg ambacho kinaweza kutumia mwanga wa urujuanimno (UV) ndani ya dakika sita Uponyaji Mwanga.Pia ilishirikiana na Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, Marekani), ambayo ilipendekeza matumizi ya filamu mpya ya epoxy inayoweza kunyumbulika.
Tafiti za awali zimeonyesha kuwa resin ya epoxy ndiyo resini inayofaa zaidi kwa nyuzinyuzi kaboni prepregs-UV-tibika vinyl ester na kioo translucent fiber kazi vizuri, lakini si kuponya chini ya mwanga-kuzuia fiber kaboni.Kulingana na filamu mpya ya Gougeon Brothers, prepreg ya mwisho ya epoxy inatibiwa kwa saa 1 kwa 210°F/99°C na ina maisha marefu ya rafu kwenye halijoto ya kawaida-hakuna haja ya hifadhi ya halijoto ya chini.Bergen alisema ikiwa halijoto ya juu ya mpito ya glasi (Tg) inahitajika, resini hiyo pia itatibiwa kwa joto la juu zaidi, kama vile 350°F/177°C.Prepreg zote mbili hutolewa katika sare inayoweza kubebeka ya kutengeneza kama rundo la viraka vilivyofungwa kwenye bahasha ya filamu ya plastiki.
Kwa kuwa kifaa cha kutengeneza kinaweza kuhifadhiwa kwa muda mrefu, Custom Technologies inahitajika ili kufanya utafiti wa 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 kwenye kila eneo," Bergen alisema.Kisha masanduku hayo yaliwekwa katika maeneo manne tofauti kwa majaribio: paa la kiwanda cha Gougeon Brothers huko Michigan, paa la uwanja wa ndege wa Maryland, kituo cha nje cha Yucca Valley (jangwa la California), na maabara ya nje ya kupima kutu kusini mwa Florida.Kesi zote zina wakataji data, Bergen adokeza, "Tunachukua data na sampuli za nyenzo kwa tathmini kila baada ya miezi mitatu.Kiwango cha juu cha halijoto kilichorekodiwa katika visanduku huko Florida na California ni 140°F, ambayo ni nzuri kwa resini nyingi za urejeshaji.Ni changamoto kweli kweli.”Kwa kuongezea, Gougeon Brothers walijaribu ndani resin safi ya epoxy iliyotengenezwa mpya."Sampuli ambazo zimewekwa katika tanuri kwa 120 ° F kwa miezi kadhaa huanza kupolimisha," Bergen alisema."Walakini, kwa sampuli zinazolingana zilizowekwa kwa 110 ° F, kemia ya resin iliboreshwa kwa kiwango kidogo."
Urekebishaji ulithibitishwa kwenye ubao wa majaribio na modeli hii ya kiwango cha AMCB, ambayo ilitumia laminate na nyenzo za msingi kama daraja la asili lililojengwa na Seemann Composites.Chanzo cha picha: Custom Technologies LLC
Ili kuonyesha mbinu ya kutengeneza, laminate ya mwakilishi inapaswa kutengenezwa, kuharibiwa na kutengenezwa."Katika awamu ya kwanza ya mradi huo, awali tulitumia mihimili midogo ya 4 x 48-inch na vipimo vya kupinda vyenye pointi nne ili kutathmini uwezekano wa mchakato wetu wa ukarabati," Klein alisema."Kisha, tulibadilisha hadi paneli za inchi 12 x 48 katika awamu ya pili ya mradi, tukaweka mizigo ili kutoa hali ya mkazo ya biaxial kusababisha kutofaulu, na kisha kutathmini utendakazi wa ukarabati.Katika awamu ya pili, pia tulikamilisha modeli ya AMCB tuliyojenga Matengenezo.”
Bergen alisema kuwa jopo la majaribio lililotumiwa kuthibitisha utendakazi wa ukarabati lilitengenezwa kwa kutumia safu sawa ya laminates na vifaa vya msingi kama AMCB iliyotengenezwa na Seemann Composites, "lakini tulipunguza unene wa paneli kutoka inchi 0.375 hadi inchi 0.175, kulingana na nadharia ya mhimili sambamba. .Hii ndio kesi.Mbinu hiyo, pamoja na vipengele vya ziada vya nadharia ya boriti na nadharia ya awali ya laminate [CLT], ilitumiwa kuunganisha wakati wa hali duni na ugumu wa ufanisi wa AMCB ya kiwango kamili na bidhaa ya onyesho ya ukubwa mdogo ambayo ni rahisi kushughulikia na zaidi. gharama nafuu.Kisha, sisi Muundo wa uchanganuzi wa vipengele vya mwisho [FEA] uliobuniwa na XCraft Inc. (Boston, Massachusetts, Marekani) ukatumiwa kuboresha muundo wa urekebishaji wa miundo."Kitambaa cha nyuzi za kaboni kilichotumika kwa paneli za majaribio na modeli ya AMCB kilinunuliwa kutoka Vectorply, na msingi wa balsa ulitengenezwa na Core Composites (Bristol, RI, US) iliyotolewa.
Hatua ya 1. Paneli hii ya majaribio inaonyesha kipenyo cha shimo cha inchi 3 ili kuiga uharibifu uliowekwa alama katikati na kurekebisha mduara.Chanzo cha picha kwa hatua zote: Custom Technologies LLC.
Hatua ya 2. Tumia grinder ya mwongozo inayoendeshwa na betri ili kuondoa nyenzo zilizoharibiwa na uambatanishe kiraka cha kutengeneza kwa taper 12:1.
"Tunataka kuiga kiwango cha juu cha uharibifu kwenye ubao wa majaribio kuliko inavyoweza kuonekana kwenye daraja la uwanja," Bergen alielezea.“Kwa hiyo mbinu yetu ni kutumia msumeno kutengeneza shimo lenye kipenyo cha inchi 3.Kisha, tunatoa plagi ya nyenzo iliyoharibika na kutumia grinder ya nyumatiki inayoshikiliwa kwa mkono ili kuchakata kitambaa cha 12:1.”
Crane ilieleza kuwa kwa urekebishaji wa nyuzinyuzi za kaboni/epoksi, mara nyenzo ya paneli "iliyoharibika" imeondolewa na kitambaa kinachofaa kikiwekwa, prepreg itakatwa kwa upana na urefu ili kufanana na taper ya eneo lililoharibiwa."Kwa kidirisha chetu cha majaribio, hii inahitaji safu nne za prepreg ili kuweka nyenzo ya ukarabati kulingana na sehemu ya juu ya paneli ya kaboni isiyoharibika.Baada ya hapo, tabaka tatu za kufunika za kaboni/epoxy prepreg zimejikita kwenye hii Kwenye sehemu iliyorekebishwa.Kila safu inayofuata inaenea inchi 1 kwa pande zote za safu ya chini, ambayo hutoa uhamishaji wa mzigo polepole kutoka nyenzo "nzuri" inayozunguka hadi eneo lililorekebishwa.Jumla ya muda wa kufanya ukarabati huu-ikiwa ni pamoja na utayarishaji wa eneo la ukarabati, Kukata na kuweka nyenzo za kurejesha na kutumia utaratibu wa kuponya-takriban saa 2.5.
Kwa kaboni fiber/epoxy prepreg, eneo la ukarabati hupakiwa ombwe na kutibiwa ifikapo 210°F/99°C kwa saa moja kwa kutumia kiambatanisho cha joto kinachoendeshwa na betri.
Ingawa ukarabati wa kaboni/epoksi ni rahisi na haraka, timu ilitambua hitaji la suluhisho linalofaa zaidi ili kurejesha utendakazi.Hii ilisababisha uchunguzi wa ultraviolet (UV) kuponya prepregs."Nia ya resini za vinyl ester ya Sunrez inatokana na uzoefu wa awali wa majini na mwanzilishi wa kampuni Mark Livesay," Bergen alielezea."Kwa mara ya kwanza tulimpa Sunrez kitambaa cha kioo cha quasi-isotropiki, kwa kutumia vinyl ester prepreg yao, na kutathmini curve ya kuponya chini ya hali tofauti.Kwa kuongezea, kwa sababu tunajua kuwa resin ya vinyl ester si kama resin ya epoxy Ambayo hutoa utendaji mzuri wa wambiso wa sekondari, kwa hivyo juhudi za ziada zinahitajika ili kutathmini mawakala wa kuunganisha safu za wambiso na kuamua ni ipi inayofaa kwa programu.
Tatizo jingine ni kwamba nyuzi za kioo haziwezi kutoa mali sawa ya mitambo na nyuzi za kaboni."Ikilinganishwa na kiraka cha kaboni / epoxy, tatizo hili linatatuliwa kwa kutumia safu ya ziada ya kioo / vinyl ester," Crane alisema."Sababu kwa nini safu moja tu ya ziada inahitajika ni kwamba nyenzo za glasi ni kitambaa kizito."Hii hutoa kiraka kinachofaa ambacho kinaweza kutumika na kuunganishwa ndani ya dakika sita hata kwenye halijoto ya ndani ya uwanja yenye baridi/kuganda.Kuponya bila kutoa joto.Crane alisema kuwa kazi hii ya ukarabati inaweza kukamilika ndani ya saa moja.
Mifumo yote miwili ya kiraka imeonyeshwa na kupimwa.Kwa kila ukarabati, eneo la kuharibiwa limewekwa alama (hatua ya 1), linaloundwa na shimo la shimo, na kisha kuondolewa kwa kutumia grinder ya mwongozo inayoendeshwa na betri (hatua ya 2).Kisha kata eneo lililotengenezwa kwenye taper 12: 1.Safisha uso wa scarf na pedi ya pombe (hatua ya 3).Ifuatayo, kata kiraka cha kutengeneza kwa ukubwa fulani, uiweka kwenye uso uliosafishwa (hatua ya 4) na uimarishe na roller ili kuondoa Bubbles za hewa.Kwa fiber kioo/UV-curing vinyl ester prepreg, kisha weka safu ya kutolewa kwenye eneo lililorekebishwa na uponye kiraka kwa taa ya UV isiyo na waya kwa dakika sita (hatua ya 5).Kwa prepreg ya kaboni fiber/epoxy, tumia kiboksi cha joto kilichopangwa tayari, kitufe kimoja, kinachotumia betri ili kuondoa pakiti na kutibu eneo lililorekebishwa kwa 210°F/99°C kwa saa moja.
Hatua ya 5. Baada ya kuweka safu ya peeling kwenye eneo lililotengenezwa, tumia taa ya UV isiyo na waya ili kutibu kiraka kwa dakika 6.
"Kisha tulifanya vipimo ili kutathmini wambiso wa kiraka na uwezo wake wa kurejesha uwezo wa kubeba mzigo wa muundo," Bergen alisema."Katika hatua ya kwanza, tunahitaji kuthibitisha urahisi wa maombi na uwezo wa kurejesha angalau 75% ya nguvu.Hii inafanywa kwa kupinda kwa pointi nne kwenye nyuzinyuzi ya kaboni/epoksi ya inchi 4 x 48 na boriti ya msingi ya balsa baada ya kurekebisha uharibifu ulioigizwa.Ndiyo.Awamu ya pili ya mradi ilitumia paneli ya inchi 12 x 48, na lazima ionyeshe mahitaji ya nguvu zaidi ya 90% chini ya mizigo tata.Tulikidhi mahitaji haya yote, na kisha tukapiga picha njia za ukarabati kwenye mfano wa AMCB.Jinsi ya kutumia teknolojia ya infield na vifaa kutoa marejeleo ya kuona."
Kipengele muhimu cha mradi ni kuthibitisha kwamba wanovices wanaweza 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 mapitio ya mwisho ya awamu ya kwanza ya mradi, sikuomba kufanyiwa matengenezo.Ashley mwenye uzoefu alifanya ukarabati.Kwa kutumia vifaa na mwongozo tuliotoa, aliweka kiraka na kukamilisha ukarabati bila matatizo yoyote.
Mchoro wa 2 Mashine ya kuunganisha mafuta inayoendeshwa na betri, iliyopangwa awali, inayoendeshwa na betri inaweza kutibu kiraka cha kutengeneza nyuzinyuzi kaboni/epoksi kwa kubofya kitufe, bila kuhitaji maarifa ya kutengeneza au programu ya mzunguko wa uponyaji.Chanzo cha picha: Custom Technologies, LLC
Maendeleo mengine muhimu ni mfumo wa kuponya unaoendeshwa na betri (Mchoro 2)."Kupitia matengenezo ya ndani, una nguvu ya betri pekee," Bergen alisema."Vifaa vyote vya mchakato kwenye kifurushi tulichotengeneza havina waya."Hii ni pamoja na uunganishaji wa mafuta unaoendeshwa na betri uliotengenezwa kwa pamoja na Custom Technologies na wasambazaji wa mashine ya kuunganisha mafuta ya WichiTech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, USA)."Kiunganishi hiki cha mafuta kinachoendeshwa na betri kimepangwa awali ili kukamilisha uponyaji, kwa hivyo wanaoanza hawahitaji kupanga mzunguko wa uponyaji," Crane alisema."Wanahitaji tu kubonyeza kitufe ili kukamilisha njia sahihi na kuloweka."Betri zinazotumika kwa sasa zinaweza kudumu kwa mwaka mmoja kabla ya kuhitaji kuchajiwa tena.
Baada ya kukamilika kwa awamu ya pili ya mradi, Custom Technologies inatayarisha mapendekezo ya uboreshaji wa ufuatiliaji na kukusanya barua za maslahi na usaidizi."Lengo letu ni kukomaza teknolojia hii hadi TRL 8 na kuileta uwanjani," Bergen alisema."Pia tunaona uwezekano wa maombi yasiyo ya kijeshi."
Inafafanua sanaa ya zamani iliyo nyuma ya uimarishaji wa kwanza wa nyuzi kwenye tasnia, na ina ufahamu wa kina wa sayansi mpya ya nyuzi na maendeleo ya siku zijazo.
Inakuja hivi karibuni na kuruka kwa mara ya kwanza, 787 inategemea uvumbuzi katika nyenzo na michakato iliyojumuishwa ili kufikia malengo yake.
Muda wa kutuma: Sep-02-2021