Портативный комплект может быть отремонтирован с помощью ультрафиолетового покрытия из стекловолокна/винилового эфира или углеродного волокна/эпоксидного препарата, хранящегося при комнатной температуре и оборудовании для отверждения. #insidemanualing #infrastructure
Ультрафиолетовое ультрафиолетовое ремонт пластыря препрегации. Несмотря на то, что восстановление углеродного волокна/эпоксидного препгера, разработанное Custom Technologies LLC для композитного моста, оказалось, было простым и быстро Полем Источник изображения: Custom Technologies LLC
Модульные развертываемые мосты являются критическими активами для военных тактических операций и логистики, а также восстановления транспортной инфраструктуры во время стихийных бедствий. Композитные конструкции изучаются для снижения веса таких мостов, тем самым уменьшая бремя на транспортных транспортных средствах и механизмы запуска. По сравнению с металлическими мостами композитные материалы также могут увеличить нагрузку и продлить срок службы.
Усовершенствованный модульный композитный мост (AMCB) является примером. Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, US) и Material Sciences LLC (Horsham, PA, US) используют эпоксидные ламинаты с корковым волокном (рис. 1). ) Проектирование и строительство). Тем не менее, способность восстанавливать такие структуры в этой области была проблемой, которая препятствует принятию композитных материалов.
Рисунок 1 Композитный мост, ключевой активы приусадебного модульного композитного моста (AMCB) был спроектирован и построен Seemann Composites LLC и Material Sciences LLC с использованием эпоксидных композитов из углеродного волокна. Источник изображения: Seeman Composites LLC (слева) и армия США (справа).
В 2016 году Custom Technologies LLC (Millersville, MD, US) получила грант 1 фазы 1 фазы 1 малого бизнеса (SBIR) для разработки метода ремонта, который может быть успешно выполнен на месте солдатами. Основываясь на этом подходе, второй этап гранта SBIR был присужден в 2018 году для демонстрации новых материалов и оборудования с батарейным батарейным питанием, даже если патч выполняется новичком без предварительного обучения, 90% или более из конструкции могут быть восстановлены необработанным сила. Обработанность этой технологии определяется путем выполнения серии анализов, выбора материалов, производства образцов и задач механического тестирования, а также мелкого и полномасштабного ремонта.
Основным исследователем на двух этапах SBIR является Майкл Берген, основатель и президент Custom Technologies LLC. Берген ушел из Carderock of Военно -морского центра поверхностной войны (NSWC) и служил в Департаменте структур и материалов в течение 27 лет, где он управлял разработкой и применением композитных технологий во флоте ВМС США. Доктор Роджер Крейн присоединился к Custom Technologies в 2015 году после ухода из ВМС США в 2011 году и проработал 32 года. Его опыт композитных материалов включает в себя технические публикации и патенты, охватывающие такие темы, как новые композитные материалы, прототип производства, методы соединения, многофункциональные композитные материалы, мониторинг здоровья конструкции и восстановление композитных материалов.
Два эксперта разработали уникальный процесс, в котором используются композитные материалы для восстановления трещин в алюминиевой надстройке класса Ticonderoga CG-47, управляемого ракетного крейсера 5456. к замене платформы составлением от 2 до 4 миллионов долларов », - сказал Берген. «Таким образом, мы доказали, что знаем, как выполнить ремонт вне лаборатории и в реальной среде обслуживания. Но задача заключается в том, что нынешние методы военных активов не очень успешны. Вариант связан с дуплексным ремонтом [в основном в поврежденных областях, клейте доску к вершине] или удалите активы из обслуживания для ремонта на уровне склада (D-Level). Поскольку требуется ремонт D-уровня, многие активы откладываются ».
Далее он сказал, что необходимо, - это метод, который может быть выполнен солдатами без опыта в композитных материалах, используя только наборы и руководства по техническому обслуживанию. Наша цель - сделать процесс простым: прочитать руководство, оценить ущерб и выполнить ремонт. Мы не хотим смешивать жидкие смолы, так как это требует точного измерения, чтобы обеспечить полное лекарство. Нам также нужна система без опасных отходов после завершения ремонта. И он должен быть упакован как комплект, который может быть развернут существующей сетью. ”
Одним из решений, которое успешно продемонстрировало пользовательские технологии, является портативный комплект, который использует выношенный эпоксидный клей для настройки клеяного композитного пласта в соответствии с размером урона (до 12 квадратных дюймов). Демонстрация была завершена на композитном материале, представляющем 3-дюймовую колоду AMCB толщиной 3 дюйма. Композитный материал имеет 3 -дюймовое деревянное ядро бальза (15 фунтов на кубическую плотность ног) и два слоя векторпали (Phoenix, Arizona, US) C -LT 1100 углеродного волокна 0 °/90 ° биосная ткань, один слой C-TLX 1900 углеродного волокна 0 °/+45 °/-45 ° Три вала и два слоя C-LT 1100, в общей сложности пять слоев. «Мы решили, что комплект будет использовать сборные патчи в квазиизотропном ламинате, похожий на многоос, так что направление ткани не будет проблемой»,-сказал Крейн.
Следующая проблема - матрица смолы, используемая для ремонта ламината. Чтобы избежать смешивания жидкой смолы, пластырь будет использовать PREPREG. «Однако эти проблемы - это хранение», - объяснил Берген. Чтобы разработать искательное решение для патча, Custom Technologies заключила партнерские отношения с Sunrez Corp. (El Cajon, California, USA), чтобы разработать препарат стеклянного волокна/винилового эфира, который может использовать ультрафиолетовый свет (УФ) за шесть минут отверждения света. Это также сотрудничало с братьями Gougeon (Бэй -Сити, Мичиган, США), что предложило использовать новый гибкий эпоксидный фильм.
Ранние исследования показали, что эпоксидная смола является наиболее подходящей смолой для препроглеровых виниловых эфиров из углеродного волокна и полупрозрачного стеклянного волокна, но не вылечивайте под светофиксирующим углеродным волокном. Основываясь на новой пленке Gougeon Brothers, финальный эпоксидный преподобный вылечивается в течение 1 часа при 210 ° F/99 ° C и имеет длинный срок годности при комнатной температуре-нет необходимости в хранении с низким уровнем температуры. Берген сказал, что если требуется более высокая температура перехода стекла (TG), смола также будет вылечена при более высокой температуре, такой как 350 ° F/177 ° C. Оба препарата представлены в портативном ремонтном комплекте в качестве стопки пластырей препресса, запечатанных в пластиковой пленке.
Поскольку ремонтный комплект может храниться в течение длительного времени, для проведения исследования срока годности необходимы пользовательские технологии. «Мы приобрели четыре твердых пластиковых корпуса - типичный военный тип, используемый в транспортном оборудовании, - и поместили образцы эпоксидного клея и преподобного винилового эфира в каждый корпус», - сказал Берген. Затем коробки были размещены в четырех разных местах для испытаний: крыша фабрики братьев Гугеон в Мичигане, крыша аэропорта Мэриленда, на открытом воздухе в долине Юкка (Калифорнийская пустыня) и лаборатория испытаний на коррозию на открытом воздухе на юге Флориды. У всех случаев есть регистраторы данных, Берген отмечает: «Мы принимаем образцы данных и материала для оценки каждые три месяца. Максимальная температура, записанная в коробках во Флориде и Калифорнии, составляет 140 ° F, что полезно для большинства реставрационных смол. Это настоящий вызов ». Кроме того, братья Гугеон внутренне проверили недавно разработанную чистую эпоксидную смолу. «Образцы, которые были размещены в духовке при 120 ° F в течение нескольких месяцев, начинают полимеризовать», - сказал Берген. «Однако для соответствующих образцов, которые хранятся при 110 ° F, химия смолы улучшилась только на небольшое количество».
Ремонт был проверен на тестовой плате и этой масштабной модели AMCB, которая использовала тот же материал ламината и ядра, что и исходный мост, построенный композитами SeeMann. Источник изображения: Custom Technologies LLC
Чтобы продемонстрировать метод ремонта, репрезентативный ламинат должен быть изготовлен, поврежден и ремонтирован. «На первом этапе проекта мы первоначально использовали мелкие 4-х 48-дюймовые балки и испытания с изгибом с четырьмя точками для оценки выполнимости нашего процесса ремонта»,-сказал Кляйн. «Затем мы перешли на 12 x 48 -дюймовых панелей на втором этапе проекта, применили нагрузки для создания двухаксиального напряжений, чтобы вызвать отказа, а затем оценил производительность ремонта. На втором этапе мы также завершили модель AMCB, которую мы построили обслуживание ».
Берген сказал, что испытательная панель, используемая для доказывания, производительность ремонта была изготовлена с использованием той же линии ламинатов и материалов ядра, что и AMCB, изготовленные композитами SeeMann, «но мы уменьшили толщину панели с 0,375 дюйма до 0,175 дюйма, основываясь на теории параллельной оси. Полем Это так. Метод вместе с дополнительными элементами теории луча и классической теории ламинатов [CLT] использовался для связи момента инерции и эффективной жесткости полномасштабного AMCB с демонстрационным продуктом меньшего размера, с которым легче справиться, и больше рентабельный. Затем мы использовали модель анализа конечных элементов [FEA], разработанная Xcraft Inc. (Бостон, Массачусетс, США), использовалась для улучшения конструкции структурного ремонта ». Ткань из углеродного волокна, используемая для тестовых панелей, и модель AMCB была приобретена у Vectorply, а ядро бальза была сделана с помощью Core Composites (Bristol, RI, US).
Шаг 1. Эта тестовая панель отображает диаметр отверстия 3 дюйма, чтобы имитировать повреждение, отмеченное в центре, и отремонтировать окружность. Источник фото для всех шагов: Custom Technologies LLC.
Шаг 2. Используйте ручную шлифовальную машину с батарейным питанием, чтобы удалить поврежденный материал и приложить исправление с помощью конуса 12: 1.
«Мы хотим имитировать более высокую степень повреждения на тестовой доске, чем можно было бы увидеть на палубе моста в поле», - объяснил Берген. «Таким образом, наш метод состоит в том, чтобы использовать отверстие, чтобы сделать отверстие диаметром 3 дюйма. Затем мы вынимаем заглушку поврежденного материала и используем ручную пневматическую шлифовальную машину для обработки шарфа 12: 1 ».
Крэйн объяснил, что для восстановления углеродного волокна/эпоксидной смолы, после удаления «поврежденного» панельного материала и применения соответствующего шарфа, преподминирование будет сокращено по ширине и длине, чтобы соответствовать конусну поврежденной области. «Для нашей тестовой панели это требует четырех слоев преполегала, чтобы поддерживать ремонтный материал в соответствии с верхней частью исходной неповрежденной углеродной панели. После этого три покрывающих слоя углеродного/эпоксидного преподминирования сосредоточены на этом на восстановленной части. Каждый последовательный слой простирается на 1 дюйм на всех сторонах нижнего слоя, что обеспечивает постепенную перенос нагрузки от «хорошего» окружающего материала в ремонтированную область ». Общее время для выполнения этого ремонта, в том числе приготовления зоны ремонта, разрезания и размещения реставрационного материала и применения процедуры отверждения-примечательно 2,5 часа.
Для углеродного волокна/эпоксидного преподминирования площадь ремонта вакуумной упаковкой и вылечена при 210 ° F/99 ° C в течение одного часа с использованием теплового бондера с батарейным питанием.
Хотя ремонт углерода/эпоксидной смолы прост и быстр, команда признала необходимость более удобного решения для восстановления производительности. Это привело к изучению ультрафиолетовых (УФ) препаратов. «Интерес к виниловым эфирным смолам Sunrez основан на предыдущем военно -морском опыте работы с основателем компании Марком Ливейем», - пояснил Берген. «Сначала мы предоставили Sunrez квазиизотропной стеклянной тканью, используя их препрог винилового эфира и оценили кривую отверждения в разных условиях. Кроме того, поскольку мы знаем, что виниловая эфирная смола не похожа на эпоксидную смолу, которая обеспечивает подходящую вторичную производительность адгезии, необходимы дополнительные усилия для оценки различных агентов соединения клея и определения, какой из них подходит для применения ».
Другая проблема заключается в том, что стеклянные волокна не могут обеспечить те же механические свойства, что и углеродные волокна. «По сравнению с углеродным/эпоксидным пятном, эта проблема решается с помощью дополнительного слоя стекла/винилового эфира», - сказал Крейн. «Причина, по которой необходим только один дополнительный слой, заключается в том, что стеклянный материал - более тяжелая ткань». Это создает подходящий патч, который можно применять и объединить в течение шести минут даже при очень холодных/замерзающих температурах в приусадебном участке. Лечение без тепла. Крейн отметил, что эти ремонтные работы могут быть завершены в течение часа.
Обе системы патча были продемонстрированы и протестированы. Для каждого ремонта область, которая должна быть повреждена (шаг 1), создана с помощью отверстия, а затем удаляется с помощью ручной шлифовальной машины с батарейным питанием (шаг 2). Затем нарежьте отремонтированную область в конус 12: 1. Очистите поверхность шарфа спиртной площадкой (Шаг 3). Затем порежьте ремонтный пластырь до определенного размера, поместите его на очищенную поверхность (шаг 4) и объедините его с помощью ролика, чтобы удалить пузырьки воздуха. Для винилового эфирного эфирного эфирного состава стекло/ультрафиолетового ультрафиолета, затем поместите слой высвобождения на отремонтированную область и вылечите пластырь с беспроводной УФ-лампой в течение шести минут (шаг 5). Для углеродного волокна/эпоксидного преподминирования используйте предварительно запрограммированный, один пухлый тепловой тепловой бондер в вакуумный пакет и вылечите отремонтированную площадь при 210 ° F/99 ° C в течение одного часа.
Шаг 5. После размещения слоя очистки на отремонтированную область используйте беспроводную УФ -лампу, чтобы вылечить патч в течение 6 минут.
«Затем мы провели тесты, чтобы оценить адгезивность патча и его способность восстановить нагрузку на структуру»,-сказал Берген. «На первом этапе нам нужно доказать простоту применения и способность восстановить не менее 75% от прочности. Это делается с помощью изгиба с четырьмя точками на 4 x 48-дюймовом углеродном волокне/эпоксидной смоле и балке бальза после восстановления моделируемого повреждения. Да. Во втором этапе проекта использовалась панель 12 x 48 дюймов, и она должна проявлять более 90% требований к прочти при сложных нагрузках деформации. Мы выполнили все эти требования, а затем сфотографировали методы ремонта на модели AMCB. Как использовать технологию и оборудование для приусадебного участка для обеспечения визуальной справки ».
Ключевым аспектом проекта является то, что новички могут легко завершить ремонт. По этой причине у Бергена была идея: «Я обещал продемонстрировать два наших технических контакта в армии: доктор Бернард Сиа и Эшли Генна. В заключительном обзоре первого этапа проекта я не попросил никакого ремонта. Опытный Эшли выполнил ремонт. Используя комплект и руководство, которое мы предоставили, она применила патч и без проблем завершила ремонт ».
Рисунок 2 Программированная аккумуляторная тепловая связь с аккумулятором, мощная аккумуляторная батарея, может вылечить пластырь ремонта углеродного волокна/эпоксидного эпоксидного эпоксидного эпоксидного эпоксии при нажатии кнопки без необходимости ремонта знаний или программирования цикла отверждения. Источник изображения: Custom Technologies, LLC
Другой ключевой разработкой является система отверждения, проводящего батарею (рис. 2). «Благодаря обслуживанию приусадебного участка у вас есть только мощность батареи», - отметил Берген. «Все обработанное оборудование в разработанном нами ремонтных комплекта - это беспроводная». Это включает в себя тепловое соединение с батарейным питанием, разработанное совместно с помощью пользовательских технологий и поставщика тепловых связей Wichitech Industries Inc. (Рэндаллстаун, Мэриленд, США). «Этот тепловой бондер с батарейным питанием предварительно запрограммирован для завершения отверждения, поэтому новичкам не нужно программировать цикл отверждения»,-сказал Крейн. «Им просто нужно нажать кнопку, чтобы завершить правильную рампу и замочить». Используемые в настоящее время батареи могут длиться год, прежде чем их необходимо заряжать.
С завершением второго этапа проекта Custom Technologies готовит последующие предложения по улучшению и собирает заинтересованные буквы и поддержку. «Наша цель состоит в том, чтобы развить эту технологию до TRL 8 и доставить ее на поле», - сказал Берген. «Мы также видим потенциал для невоенных приложений».
Объясняет старое искусство, лежащее в основе первого в отрасли усиления волокна, и имеет глубокое понимание новой науки о волокнах и будущего развития.
Скоро и полет впервые, 787 опирается на инновации в композитных материалах и процессах для достижения своих целей
Время публикации: сентябрь-02-2021