Портативті жинақты бөлме температурасында сақталған ультракүлгін сәулемен өңделетін шыны талшық/винил эфирі немесе көміртекті талшық/эпоксидті препрегпен және батареямен жұмыс істейтін емдеу жабдығымен жөндеуге болады. #ішкіөндіріс #инфрақұрылым
Ультракүлгін сәулесімен емделетін препрег патчты жөндеу Custom Technologies LLC компаниясы ішкі композиттік көпір үшін әзірлеген көміртекті талшықты/эпоксидті препрегті жөндеу қарапайым және жылдам болғанымен, шыны талшықты күшейтілген ультракүлгін сәулесімен емделетін винил эфир шайырын пайдалану Prepreg ыңғайлырақ жүйені әзірледі. . Сурет көзі: Custom Technologies LLC
Модульдік орналастырылатын көпірлер әскери-тактикалық операциялар мен логистика үшін, сондай-ақ табиғи апаттар кезінде көлік инфрақұрылымын қалпына келтіру үшін маңызды активтер болып табылады. Мұндай көпірлердің салмағын азайту үшін композиттік құрылымдар зерттелуде, сол арқылы көлік құралдары мен ұшыру-қалпына келтіру механизмдеріне түсетін салмақты азайтады. Металл көпірлермен салыстырғанда, композициялық материалдар жүк көтеру қабілетін арттыруға және қызмет ету мерзімін ұзартуға мүмкіндік береді.
Жетілдірілген модульдік композиттік көпір (AMCB) мысал болып табылады. Seemann Composites LLC (Гулфпорт, Миссисипи, АҚШ) және Materials Sciences LLC (Horsham, PA, US) көміртекті талшықты күшейтілген эпоксидті ламинаттарды пайдаланады (1-сурет). ) Жобалау және құрылыс). Алайда, мұндай құрылымдарды дала жағдайында жөндеу мүмкіндігі композиттік материалдарды қабылдауға кедергі келтіретін мәселе болды.
1-сурет Композиттік көпір, негізгі өріс активі Жетілдірілген модульдік композиттік көпірді (AMCB) Seemann Composites LLC және Materials Sciences LLC компаниясы көміртекті талшықпен күшейтілген эпоксидті шайыр композиттерін пайдаланып жобалаған және салған. Сурет көзі: Seeman Composites LLC (сол жақта) және АҚШ армиясы (оң жақта).
2016 жылы Custom Technologies LLC (Миллерсвилл, MD, АҚШ) сарбаздар орнында сәтті орындай алатын жөндеу әдісін әзірлеу үшін АҚШ армиясы қаржыландыратын Шағын бизнесті инновацияларды зерттеу (SBIR) 1-кезең грантын алды. Осы тәсілдің негізінде SBIR грантының екінші кезеңі 2018 жылы жаңа материалдар мен батареямен жұмыс істейтін жабдықты көрсету үшін берілді, тіпті егер патчты жаңадан бастаған адам алдын ала оқытпай орындаса да, құрылымның 90% немесе одан да көп бөлігін қалпына келтіруге болады. күш. Технологияның орындылығы талдау, материал таңдау, үлгіні дайындау және механикалық сынақ тапсырмаларын орындау, сондай-ақ шағын және толық ауқымды жөндеу жұмыстарын орындау арқылы анықталады.
SBIR екі кезеңіндегі негізгі зерттеуші - Custom Technologies LLC негізін қалаушы және президенті Майкл Берген. Берген әскери-теңіз бетіндегі соғыс орталығының (NSWC) Кардероктан зейнеткерлікке шықты және Құрылымдар мен материалдар департаментінде 27 жыл қызмет етті, ол АҚШ Әскери-теңіз күштерінің флотында композиттік технологияларды әзірлеуді және қолдануды басқарды. Доктор Роджер Крейн 2011 жылы АҚШ Әскери-теңіз күштерінен зейнеткерлікке шыққаннан кейін Custom Technologies-ке 2015 жылы қосылды және 32 жыл қызмет етті. Оның композиттік материалдар бойынша сараптамасы жаңа композициялық материалдар, прототиптерді жасау, қосылу әдістері, көп функциялы композиттік материалдар, құрылымдық денсаулық мониторингі және композиттік материалды қалпына келтіру сияқты тақырыптарды қамтитын техникалық жарияланымдар мен патенттерді қамтиды.
Екі сарапшы Ticonderoga CG-47 класты 5456 басқарылатын зымыран крейсерінің алюминий қондырмасындағы жарықтарды жөндеу үшін композициялық материалдарды пайдаланатын бірегей процесті әзірледі. «Процесс жарықтардың өсуін азайту және үнемді балама ретінде қызмет ету үшін әзірленген. платформалық тақтаны ауыстыруға 2-ден 4 миллион долларға дейін», - деді Берген. «Осылайша біз жөндеу жұмыстарын зертханадан тыс және нақты сервистік ортада қалай орындау керектігін білетінімізді дәлелдедік. Бірақ қиыншылық мынада, қазіргі әскери құралдар әдістері онша сәтті емес. Опция қосылатын дуплексті жөндеу [негізінен зақымдалған аймақтарда тақтаны жоғарғы жағына жабыстырыңыз] немесе қойма деңгейіндегі (D-деңгейі) жөндеу үшін активті қызметтен алып тастаңыз. D-деңгейіндегі жөндеу қажет болғандықтан, көптеген активтер кейінге қалдырылады ».
Одан әрі ол композициялық материалдарда тәжірибесі жоқ сарбаздар тек жинақтар мен техникалық қызмет көрсету нұсқаулығын пайдаланып орындай алатын әдіс қажет екенін айтты. Біздің мақсатымыз - процесті қарапайым ету: нұсқаулықты оқып шығыңыз, зақымдануды бағалаңыз және жөндеуді орындаңыз. Біз сұйық шайырларды араластырғымыз келмейді, себебі бұл толық емдеуді қамтамасыз ету үшін дәл өлшеуді қажет етеді. Сондай-ақ жөндеу жұмыстары аяқталғаннан кейін қауіпті қалдықтары жоқ жүйе қажет. Және ол бар желі арқылы орналастыруға болатын жинақ ретінде оралуы керек. »
Custom Technologies сәтті көрсеткен шешімдердің бірі – зақымдану өлшеміне (12 шаршы дюймге дейін) сәйкес жабысқақ композиттік патчты теңшеу үшін қатайтылған эпоксидті желімді пайдаланатын портативті жинақ. Демонстрация қалыңдығы 3 дюймдік AMCB палубасын білдіретін композиттік материалда аяқталды. Композиттік материалда қалыңдығы 3 дюймдік бальза ағашының өзегі (текше фут тығыздығына 15 фунт) және екі қабат Vectorply (Феникс, Аризона, АҚШ) C -LT 1100 көміртекті талшық 0°/90° қос осьті тігілген мата, бір қабат C-TLX 1900 көміртекті талшық 0°/+45°/-45° үш білік және C-LT 1100 екі қабаты, барлығы бес қабат. «Біз жиынтықта көп оське ұқсас квазиизотропты ламинаттағы дайын патчтарды қолданады деп шештік, осылайша матаның бағыты проблема тудырмайды», - деді Крэн.
Келесі мәселе - ламинаттарды жөндеу үшін қолданылатын шайыр матрицасы. Сұйық шайырды араластырмау үшін патч препрегті пайдаланады. «Алайда бұл қиындықтар сақтау болып табылады», - деп түсіндірді Берген. Сақтауға болатын патч шешімін жасау үшін Custom Technologies компаниясы Sunrez Corp. (Эл Кажон, Калифорния, АҚШ) серіктестігімен алты минут ішінде ультракүлгін сәулені (УК) пайдалана алатын шыны талшықты/винил эфир препрегін әзірлеуге кірісті. Ол сондай-ақ жаңа икемді эпоксидті пленканы пайдалануды ұсынған Gougeon Brothers (Бэй Сити, Мичиган, АҚШ) компаниясымен бірлесіп жұмыс істеді.
Алғашқы зерттеулер эпоксидті шайырдың көміртекті талшықты препрегтерге арналған ең қолайлы шайыр екенін көрсетті - ультракүлгін сәулесімен емделетін винил эфирі және мөлдір шыны талшық жақсы жұмыс істейді, бірақ жарықты блоктайтын көміртекті талшықта емделмейді. Gougeon Brothers жаңа фильміне негізделген соңғы эпоксидті препрег 210°F/99°C температурада 1 сағат бойы өңделеді және бөлме температурасында ұзақ сақтау мерзіміне ие - төмен температурада сақтаудың қажеті жоқ. Берген жоғарырақ шыныға өту температурасы (Tg) қажет болса, шайыр 350°F/177°C сияқты жоғары температурада да қаталатынын айтты. Екі препрег де портативті жөндеу жинағында пластик пленкаға салынған конвертке жабылған препрег патчтарының дестесі ретінде беріледі.
Жөндеу жинағы ұзақ уақыт сақталуы мүмкін болғандықтан, Custom Technologies жарамдылық мерзімін зерттеуді қажет етеді. «Біз төрт қатты пластмасса қоршауды сатып алдық - көлік жабдықтарында қолданылатын әдеттегі әскери үлгі - және әрбір қоршауға эпоксидті желім мен винил эфир препрегінің үлгілерін қойдық», - деді Берген. Содан кейін қораптар сынақ үшін төрт түрлі жерге орналастырылды: Мичигандағы Gougeon Brothers зауытының төбесі, Мэриленд әуежайының шатыры, Юкка алқабындағы (Калифорния шөлі) сыртқы ғимарат және Флориданың оңтүстігіндегі сыртқы коррозияны сынау зертханасы. Барлық істерде деректер тіркеушілері бар, - дейді Берген: «Біз әр үш ай сайын бағалау үшін деректер мен материал үлгілерін аламыз. Флорида мен Калифорниядағы қораптарда тіркелген максималды температура 140°F, бұл қалпына келтіру шайырларының көпшілігі үшін жақсы. Бұл нағыз сынақ». Сонымен қатар, Gougeon Brothers жаңадан жасалған таза эпоксидті шайырды іштей сынады. «Бірнеше ай бойы 120°F пешке қойылған үлгілер полимерлене бастайды», - деді Берген. «Алайда, 110°F температурада сақталған сәйкес үлгілер үшін шайыр химиясы аз ғана мөлшерде жақсарды».
Жөндеу сынақ тақтасында және Seemann Composites салған түпнұсқа көпір сияқты бірдей ламинат пен негізгі материал пайдаланылған AMCB масштабты үлгісінде тексерілді. Сурет көзі: Custom Technologies LLC
Жөндеу техникасын көрсету үшін өкілі ламинат жасалуы, зақымдалуы және жөнделуі керек. «Жобаның бірінші кезеңінде біз жөндеу процесінің орындылығын бағалау үшін бастапқыда шағын көлемді 4 x 48 дюймдік арқалықтар мен төрт нүктелі иілу сынақтарын қолдандық», - деді Клейн. «Содан кейін біз жобаның екінші кезеңінде 12 x 48 дюймдік панельдерге көштік, ақаулық тудыратын екі осьтік кернеу күйін жасау үшін жүктемелерді қолдандық, содан кейін жөндеу өнімділігін бағаладық. Екінші кезеңде біз техникалық қызмет көрсетуді құрастырған AMCB үлгісін де аяқтадық ».
Берген жөндеу өнімділігін дәлелдеу үшін пайдаланылатын сынақ панелі Seemann Composites шығарған AMCB сияқты ламинаттардың және негізгі материалдардың бір тізбегі арқылы жасалғанын айтты, «бірақ параллель ось теоремасы негізінде панель қалыңдығын 0,375 дюймден 0,175 дюймге дейін азайттық. . Бұл жағдай. Бұл әдіс сәулелік теорияның қосымша элементтерімен және классикалық ламинат теориясымен [CLT] бірге толық масштабты AMCB инерция моментін және тиімді қаттылығын өңдеуге оңай және т.б. кіші өлшемді демо өніммен байланыстыру үшін пайдаланылды. үнемді. Содан кейін біз XCraft Inc. (Бостон, Массачусетс, АҚШ) әзірлеген соңғы элементтерді талдау [FEA] үлгісі құрылымдық жөндеулердің дизайнын жақсарту үшін пайдаланылды. Сынақ панельдері мен AMCB моделі үшін пайдаланылатын көміртекті талшықты мата Vectorply компаниясынан сатып алынды, ал бальса өзегін Core Composites (Bristol, RI, АҚШ) ұсынған.
1-қадам. Бұл сынақ тақтасы орталықта белгіленген зақымдарды модельдеу және шеңберді жөндеу үшін 3 дюймдік тесік диаметрін көрсетеді. Барлық қадамдарға арналған фотосурет көзі: Custom Technologies LLC.
2-қадам. Зақымдалған материалды алып тастау үшін аккумулятормен жұмыс істейтін қолмен тегістеуішті пайдаланыңыз және жөндеу патчын 12:1 конусымен жабыңыз.
«Біз сынақ тақтасында даладағы көпір палубасында көрінгеннен гөрі жоғары дәрежедегі зақымдануды модельдегіміз келеді», - деп түсіндірді Берген. «Демек, біздің әдіс диаметрі 3 дюймдік тесік жасау үшін араны пайдалану болып табылады. Содан кейін біз зақымдалған материалдың ашасын суырып алып, 12:1 шарфты өңдеу үшін пневматикалық тегістеуішті қолданамыз».
Кран көміртекті талшықты/эпоксидті жөндеу үшін «зақымдалған» панельдік материалды алып тастағаннан кейін және тиісті шарфты қолданғаннан кейін, препрег зақымдалған аймақтың конустық деңгейіне сәйкес келетін ені мен ұзындығына кесілетінін түсіндірді. «Біздің сынақ панелі үшін жөндеу материалын бастапқы зақымдалмаған көміртекті панельдің үстіңгі жағына сәйкестендіру үшін алдын ала дайындалған төрт қабат қажет. Осыдан кейін көміртекті/эпоксидті препрегтің үш жабын қабаты осы жөнделген бөлікке шоғырланған. Әрбір келесі қабат төменгі қабаттың барлық жағынан 1 дюймге созылады, бұл «жақсы» қоршаған материалдан жөнделген аймаққа біртіндеп жүктеме беруді қамтамасыз етеді. Бұл жөндеуді орындаудың жалпы уақыты, соның ішінде жөндеу аймағын дайындау, қалпына келтіру материалын кесу және орналастыру және емдеу процедурасын қолдану - шамамен 2,5 сағат.
Көміртекті талшықты/эпоксидті препрег үшін жөндеу аймағы вакууммен оралып, батареямен жұмыс істейтін термобайланысты пайдаланып 210°F/99°C температурада бір сағат бойы өңделеді.
Көміртекті/эпоксидті жөндеу қарапайым және жылдам болғанымен, команда өнімділікті қалпына келтіру үшін ыңғайлырақ шешім қажет екенін мойындады. Бұл ультракүлгін (УК) емдейтін препрегтерді зерттеуге әкелді. «Sunrez винил эфирі шайырларына деген қызығушылық компанияның негізін қалаушы Марк Ливсеймен бұрынғы теңіз тәжірибесіне негізделген», - деп түсіндірді Берген. «Біз алдымен Сунрезге винил эфирінің препрегін пайдаланып квазиизотропты шыны матаны бердік және әртүрлі жағдайларда емдеу қисығын бағаладық. Бұған қоса, біз винил эфирі шайыры эпоксидті шайыр сияқты емес екенін білеміз, ол қолайлы екіншілік адгезия өнімділігін қамтамасыз етеді, сондықтан әртүрлі жабысқақ қабаттарды біріктіретін агенттерді бағалау және қайсысы қолдануға жарамды екенін анықтау үшін қосымша күш қажет.
Тағы бір мәселе, шыны талшықтар көміртекті талшықтар сияқты механикалық қасиеттерді қамтамасыз ете алмайды. «Көміртек/эпоксидті патчпен салыстырғанда, бұл мәселе шыны/винил эфирінің қосымша қабатын қолдану арқылы шешіледі», - деді Кран. «Тек бір қосымша қабат қажет болуының себебі - шыны материалы ауыр мата». Бұл тіпті өте суық/мұздатылған дала температурасында алты минут ішінде қолдануға және біріктіруге болатын қолайлы патч жасайды. Жылу бермей қатаю. Кран бұл жөндеу жұмыстарының бір сағат ішінде аяқталатынын атап өтті.
Екі патч жүйесі де көрсетіліп, сыналған. Әрбір жөндеу үшін зақымдалатын аймақ белгіленеді (1-қадам), тесік арамен жасалады, содан кейін батареямен жұмыс істейтін қолмен тегістеуіш арқылы жойылады (2-қадам). Содан кейін жөнделген жерді 12:1 конустық етіп кесіңіз. Шарфтың бетін спирттік төсеммен тазалаңыз (3-қадам). Әрі қарай, жөндеу патчын белгілі бір өлшемге дейін кесіңіз, оны тазартылған бетке қойыңыз (4-қадам) және ауа көпіршіктерін кетіру үшін оны роликпен бекітіңіз. Шыны талшықты/УК-күшітетін винил эфир препрегі үшін, содан кейін жөнделген аймаққа босату қабатын қойып, патчты сымсыз ультракүлгін шаммен алты минут бойы өңдеңіз (5-қадам). Көміртекті талшықты/эпоксидті препрег үшін алдын ала бағдарламаланған, бір түймелі, батареямен жұмыс істейтін термобайланысты пайдаланып, орамды сорып алыңыз және жөнделген аймақты 210°F/99°C температурада бір сағат бойы өңдеңіз.
Қадам 5. Жөнделген жерге пиллинг қабатын қойғаннан кейін патчты 6 минут бойы емдеу үшін сымсыз ультракүлгін шамды пайдаланыңыз.
«Содан кейін біз патчтың жабысқақтығын және оның құрылымның жүк көтеру қабілетін қалпына келтіру қабілетін бағалау үшін сынақтар өткіздік», - деді Берген. «Бірінші кезеңде біз қолданудың қарапайымдылығын және күштің кем дегенде 75% қалпына келтіру мүмкіндігін дәлелдеуіміз керек. Бұл 4 x 48 дюймдік көміртекті талшықты/эпоксидті шайыр мен бальза өзегі сәулесінде имитацияланған зақымдарды жөндегеннен кейін төрт нүктелі иілу арқылы жасалады. Иә. Жобаның екінші кезеңінде 12 x 48 дюймдік панель қолданылды және күрделі деформациялық жүктемелер кезінде 90% -дан астам беріктік талаптарын көрсетуі керек. Біз барлық осы талаптарды орындадық, содан кейін AMCB үлгісіндегі жөндеу әдістерін суретке түсірдік. Көрнекі анықтаманы беру үшін өнеркәсіптік технологиялар мен жабдықтарды қалай пайдалану керек.
Жобаның негізгі аспектісі - жаңадан бастағандар жөндеуді оңай аяқтай алатынын дәлелдеу. Осы себепті Бергенге мынадай ой келді: «Мен армиядағы екі техникалық байланыстарымызға: доктор Бернард Сиа мен Эшли Геннаға көрсетуге уәде бердім. Жобаның бірінші кезеңінің соңғы шолуында мен жөндеу жұмыстарын жүргізуді сұрадым. Тәжірибелі Эшли жөндеу жұмыстарын жүргізді. Біз ұсынған жинақ пен нұсқаулықты пайдаланып, ол патчты қолданып, жөндеуді еш қиындықсыз аяқтады ».
2-сурет Батареямен жұмыс істейтін алдын ала бағдарламаланған, батареямен жұмыс істейтін термобайланыстырғыш машина жөндеу білімін немесе емдеу циклін бағдарламалауды қажет етпей, бір түймені басу арқылы көміртекті талшықты/эпоксидті жөндеу патчын өңдей алады. Сурет көзі: Custom Technologies, LLC
Тағы бір маңызды даму - батареямен жұмыс істейтін емдеу жүйесі (2-сурет). «Даладағы техникалық қызмет көрсету арқылы сіз тек батарея қуатына ие боласыз», - деді Берген. «Біз жасаған жөндеу жинағындағы барлық технологиялық жабдық сымсыз.» Бұған Custom Technologies және WichiTech Industries Inc. (Рандаллстаун, Мэриленд, АҚШ) термиялық байланыстыру машинасының жеткізушісі бірлесіп әзірлеген батареямен жұмыс істейтін термиялық байланыстыру кіреді. «Батареямен жұмыс істейтін бұл термиялық қосқыш толық өңдеуге алдын ала бағдарламаланған, сондықтан жаңадан келгендерге емдеу циклін бағдарламалаудың қажеті жоқ», - деді Кран. «Оларға дұрыс рампаны аяқтау және сіңіру үшін түймені басу керек». Қазіргі уақытта пайдаланылып жатқан батареялар қайта зарядталу қажет болғанша бір жылға жетеді.
Жобаның екінші кезеңі аяқталғаннан кейін Custom Technologies одан кейінгі жақсарту ұсыныстарын дайындап, қызығушылық пен қолдау хаттарын жинауда. «Біздің мақсатымыз - бұл технологияны TRL 8 деңгейіне дейін жетілдіріп, оны өріске шығару», - деді Берген. «Біз сондай-ақ әскери емес қосымшалардың әлеуетін көріп отырмыз».
Өнеркәсіптегі алғашқы талшықты күшейтудің артындағы ескі өнерді түсіндіреді және жаңа талшықтар туралы ғылым мен болашақ дамуды терең түсінеді.
Жақында және алғаш рет ұшатын 787 өз мақсаттарына жету үшін композициялық материалдар мен процестердегі инновацияларға сүйенеді.
Жіберу уақыты: 02 қыркүйек 2021 ж