Kannettava sarja voidaan korjata UV-kovettuvalla lasikuitu/vinyyliesteri- tai hiilikuitu/epoksiesivalmisteella, jota säilytetään huoneenlämmössä ja paristokäyttöisellä kovetuslaitteella.#sisävalmistus #infrastruktuuri
UV-kovettuvan prepreg-laastarin korjaus Vaikka Custom Technologies LLC:n kehittämä hiilikuitu/epoksiprepreg-korjaus sisäkenttäkomposiittisillalle osoittautui yksinkertaiseksi ja nopeaksi, lasikuituvahvisteisen UV-kovettuvan vinyyliesterihartsin käyttö Prepreg on kehittänyt kätevämmän järjestelmän. .Kuvan lähde: Custom Technologies LLC
Modulaariset käyttöönotettavat sillat ovat kriittisiä resursseja sotilaallisissa taktisissa operaatioissa ja logistiikassa sekä kuljetusinfrastruktuurin ennallistamisessa luonnonkatastrofien aikana.Komposiittirakenteita tutkitaan tällaisten siltojen painon vähentämiseksi, mikä vähentää kuljetusajoneuvojen ja laukaisu-palautusmekanismien taakkaa.Metallisiltoihin verrattuna komposiittimateriaalit voivat myös lisätä kantavuutta ja pidentää käyttöikää.
Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) on esimerkki.Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, USA) ja Materials Sciences LLC (Horsham, PA, USA) käyttävät hiilikuituvahvisteisia epoksilaminaatteja (kuva 1).) Suunnittelu ja rakentaminen).Kuitenkin kyky korjata tällaisia rakenteita kentällä on ollut ongelma, joka estää komposiittimateriaalien käyttöönoton.
Kuva 1 Komposiittisilta, keskeinen sisäinen ominaisuus Seemann Composites LLC ja Materials Sciences LLC suunnitteli ja rakensi Advanced Modular Composite Bridge (AMCB) käyttämällä hiilikuituvahvisteisia epoksihartsikomposiitteja.Kuvan lähde: Seeman Composites LLC (vasemmalla) ja US Army (oikealla).
Vuonna 2016 Custom Technologies LLC (Millersville, MD, USA) sai Yhdysvaltain armeijan rahoittaman Small Business Innovation Researchin (SBIR) vaiheen 1 apurahan kehittääkseen korjausmenetelmän, jonka sotilaat voivat suorittaa menestyksekkäästi paikan päällä.Tämän lähestymistavan perusteella myönnettiin SBIR-apuraha toinen vaihe vuonna 2018 uusien materiaalien ja akkukäyttöisten laitteiden esittelyyn, vaikka korjauksen tekisi aloittelija ilman aiempaa koulutusta, rakenteesta voidaan palauttaa 90 % tai enemmän raakana. vahvuus.Teknologian toteutettavuus selvitetään suorittamalla sarja analyysi-, materiaalivalinta-, näytevalmistus- ja mekaanisia testaustehtäviä sekä pienimuotoisia ja täysimittaisia korjauksia.
Päätutkija kahdessa SBIR-vaiheessa on Michael Bergen, Custom Technologies LLC:n perustaja ja toimitusjohtaja.Bergen jäi eläkkeelle Carderockista Naval Surface Warfare Centeristä (NSWC) ja palveli rakenne- ja materiaaliosastolla 27 vuotta, missä hän johti komposiittiteknologioiden kehittämistä ja soveltamista Yhdysvaltain laivaston laivastossa.Tohtori Roger Crane liittyi Custom Technologiesille vuonna 2015 jäätyään eläkkeelle Yhdysvaltain laivastosta vuonna 2011 ja on palvellut 32 vuotta.Hänen komposiittimateriaalien asiantuntemukseen kuuluu teknisiä julkaisuja ja patentteja, jotka kattavat muun muassa uudet komposiittimateriaalit, prototyyppien valmistuksen, liitosmenetelmät, monitoimiset komposiittimateriaalit, rakenteiden kunnon seurannan ja komposiittimateriaalien restauroinnin.
Kaksi asiantuntijaa ovat kehittäneet ainutlaatuisen prosessin, joka käyttää komposiittimateriaaleja Ticonderoga CG-47 -luokan ohjatun ohjusristeilijän 5456:n alumiinirungon halkeamien korjaamiseen. ”Prosessi kehitettiin vähentämään halkeamien kasvua ja toimimaan taloudellisena vaihtoehtona 2-4 miljoonan dollarin alustalevyn vaihtamiseen", Bergen sanoi.”Niin osoitimme, että osaamme tehdä korjaukset laboratorion ulkopuolella ja todellisessa palveluympäristössä.Haasteena on kuitenkin se, että nykyiset sotilaallisten voimavarojen menetelmät eivät ole kovin onnistuneita.Vaihtoehtona on sidottu kaksipuolinen korjaus [periaatteessa vaurioituneilla alueilla. Liimaa levy yläosaan] tai poista omaisuus käytöstä varastotason (D-tason) korjauksia varten.Koska D-tason korjauksia tarvitaan, monet omaisuudet jätetään sivuun.
Hän jatkoi, että tarvitaan menetelmä, jonka sotilaat, joilla ei ole kokemusta komposiittimateriaaleista, voivat suorittaa käyttämällä vain sarjoja ja huolto-oppaita.Tavoitteemme on tehdä prosessista yksinkertainen: lue käsikirja, arvioi vauriot ja suorita korjaukset.Emme halua sekoittaa nestemäisiä hartseja, koska se vaatii tarkan mittauksen täydellisen kovettumisen varmistamiseksi.Tarvitsemme myös järjestelmän, jossa ei ole vaarallisia jätteitä korjausten jälkeen.Ja se on pakattava paketiksi, joka voidaan ottaa käyttöön olemassa olevassa verkossa.”
Yksi ratkaisu, jonka Custom Technologies onnistui osoittamaan, on kannettava sarja, joka käyttää karkaistua epoksiliimaa liimakomposiittilaastarin mukauttamiseen vaurion koon mukaan (enintään 12 neliötuumaa).Esittely valmistui komposiittimateriaalille, joka edustaa 3 tuuman paksuista AMCB-kannetta.Komposiittimateriaalissa on 3 tuuman paksu balsapuuydin (15 paunaa kuutiojalkaa kohti) ja kaksi kerrosta Vectorply (Phoenix, Arizona, USA) C -LT 1100 hiilikuitua 0°/90° biaksiaalista ommeltu kangasta, yksi kerros C-TLX 1900 hiilikuitu 0°/+45°/-45° kolme akselia ja kaksi kerrosta C-LT 1100, yhteensä viisi kerrosta."Päätimme, että sarja käyttää esivalmistettuja laastareita lähes isotrooppisessa laminaatissa, joka on samanlainen kuin moniakselinen, jotta kankaan suunta ei ole ongelma", Crane sanoi.
Seuraava ongelma on laminaatin korjaukseen käytettävä hartsimatriisi.Nestemäisen hartsin sekoittumisen välttämiseksi laastari käyttää prepregiä."Nämä haasteet ovat kuitenkin varastointi", Bergen selitti.Säilytettävän laastariratkaisun kehittämiseksi Custom Technologies on tehnyt yhteistyötä Sunrez Corp.:n kanssa (El Cajon, Kalifornia, USA) kehittääkseen lasikuitu/vinyyliesteriprepregin, joka voi käyttää ultraviolettivaloa (UV) kuudessa minuutissa Valokovetukseen.Se teki myös yhteistyötä Gougeon Brothersin (Bay City, Michigan, USA) kanssa, joka ehdotti uuden joustavan epoksikalvon käyttöä.
Varhaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että epoksihartsi on sopivin hartsi hiilikuituprepregeille - UV-kovettuva vinyyliesteri ja läpikuultava lasikuitu toimivat hyvin, mutta eivät kovettu valoa estävän hiilikuidun alla.Gougeon Brothersin uuteen kalvoon perustuva lopullinen epoksiesivalmiste kovettuu 1 tunnin ajan 210 °F/99 °C:ssa ja sillä on pitkä säilyvyys huoneenlämmössä – ei tarvetta varastointiin alhaisessa lämpötilassa.Bergen sanoi, että jos korkeampaa lasittumislämpötilaa (Tg) vaaditaan, hartsi kovetetaan myös korkeammassa lämpötilassa, kuten 350 °F/177 °C.Molemmat prepregit toimitetaan kannettavassa korjaussarjassa pinona prepreg-laastareita, jotka on suljettu muovikalvokuoreen.
Koska korjaussarjaa voidaan säilyttää pitkään, Custom Technologiesin on suoritettava säilyvyystutkimus."Ostimme neljä kovaa muovikoteloa - tyypillistä sotilastyyppiä, jota käytetään kuljetusvälineissä - ja laitoimme näytteitä epoksiliimasta ja vinyyliesteriprepregistä jokaiseen koteloon", Bergen sanoi.Laatikot sijoitettiin sitten neljään eri paikkaan testausta varten: Gougeon Brothersin tehtaan katolle Michiganissa, Marylandin lentokentän katolle, ulkotiloihin Yucca Valleyssa (Kalifornian autiomaassa) ja ulkona sijaitsevaan korroosiotestilaboratorioon Etelä-Floridassa.Kaikissa tapauksissa on dataloggerit, Bergen huomauttaa: ”Otamme data- ja materiaalinäytteitä arvioitavaksi kolmen kuukauden välein.Floridan ja Kalifornian laatikoiden enimmäislämpötila on 140 °F, mikä on hyvä useimmille restaurointihartseille.Se on todellinen haaste.”Lisäksi Gougeon Brothers testasi sisäisesti hiljattain kehitettyä puhdasta epoksihartsia."Näytteet, jotka on asetettu uuniin 120 °F:seen useiden kuukausien ajan, alkavat polymeroitua", Bergen sanoi."Kuitenkin vastaavilla näytteillä, joita pidettiin 110 °F:ssa, hartsin kemia parani vain vähän."
Korjaus todettiin testilevylle ja tälle AMCB:n pienoismallille, jossa käytettiin samaa laminaattia ja ydinmateriaalia kuin alkuperäisessä Seemann Compositesin rakentamassa sillassa.Kuvan lähde: Custom Technologies LLC
Korjaustekniikan osoittamiseksi edustava laminaatti on valmistettava, vaurioitettava ja korjattava."Projektin ensimmäisessä vaiheessa käytimme aluksi pienimuotoisia 4 x 48 tuuman palkkeja ja neljän pisteen taivutustestejä arvioidaksemme korjausprosessimme toteutettavuutta", Klein sanoi."Sitten siirryimme 12 x 48 tuuman paneeleihin projektin toisessa vaiheessa, kohdistamme kuormituksia biaksiaalisen jännitystilan luomiseksi vian aiheuttamiseksi ja arvioimme sitten korjauksen suorituskyvyn.Toisessa vaiheessa saimme valmiiksi myös rakentamamme AMCB-mallin Maintenancen.
Bergen sanoi, että korjaussuorituskyvyn todistamiseen käytetty testipaneeli valmistettiin käyttämällä samaa laminaattia ja ydinmateriaaleja kuin Seemann Compositesin valmistama AMCB, "mutta pienensimme paneelin paksuutta 0,375 tuumasta 0,175 tuumaan yhdensuuntaisen akselin lauseen perusteella. .Tästä on kyse.Menetelmää, yhdessä palkkiteorian ja klassisen laminaattiteorian [CLT] lisäelementtien kanssa, käytettiin yhdistämään täysimittaisen AMCB:n hitausmomentti ja tehokas jäykkyys pienempään demotuotteeseen, jota on helpompi käsitellä ja enemmän. kustannustehokas.Sitten me XCraft Inc:n (Boston, Massachusetts, USA) kehittämää elementtianalyysimallia [FEA] käytettiin parantamaan rakennekorjausten suunnittelua.Testipaneeleissa ja AMCB-mallissa käytetty hiilikuitukangas ostettiin Vectorplyltä, ja balsaytimen valmisti Core Composites (Bristol, RI, US), jonka toimitti.
Vaihe 1. Tämä testipaneeli näyttää 3 tuuman reiän halkaisijan, joka simuloi keskelle merkittyjä vaurioita ja korjaa kehän.Kaikkien vaiheiden valokuvalähde: Custom Technologies LLC.
Vaihe 2. Käytä akkukäyttöistä käsikäyttöistä hiomakonetta vaurioituneen materiaalin poistamiseen ja kiinnitä korjauspaikka 12:1 kartiolla.
"Haluamme simuloida testilaudalla suurempia vaurioita kuin mitä voidaan nähdä sillan kannella kentällä", Bergen selitti."Joten menetelmämme on käyttää reikäsahaa halkaisijaltaan 3 tuuman reiän tekemiseen.Irrotamme sitten vaurioituneen materiaalin pistokkeen ja käsittelemme 12:1-huivin käsikäyttöisellä pneumaattisella hiomakoneella."
Crane selitti, että hiilikuitu-/epoksikorjauksessa, kun "vaurioitunut" paneelimateriaali on poistettu ja asianmukainen huivi on kiinnitetty, prepreg leikataan leveyteen ja pituuteen vastaamaan vaurioituneen alueen kartiomaisuutta."Testipaneelissamme tämä vaatii neljä kerrosta prepreg-materiaalia, jotta korjausmateriaali pysyy yhtenäisenä alkuperäisen vahingoittumattoman hiilipaneelin yläosan kanssa.Sen jälkeen kolme hiili/epoksiprepreg-päällystekerrosta keskitetään tälle Korjattavalle osalle.Jokainen peräkkäinen kerros ulottuu 1 tuuman alemman kerroksen joka puolelle, mikä mahdollistaa asteittaisen kuormituksen siirtymisen "hyvästä" ympäröivästä materiaalista korjattavalle alueelle."Tämän korjauksen tekemiseen kuluva kokonaisaika - mukaan lukien korjausalueen valmistelu, restaurointimateriaalin leikkaaminen ja asettaminen sekä kovetustoimenpide - noin 2,5 tuntia.
Hiilikuitu-/epoksiprepregien korjausalue tyhjiöpakataan ja kovetetaan 210°F/99°C:ssa tunnin ajan akkukäyttöisellä lämpösidoksella.
Vaikka hiili-/epoksikorjaus on yksinkertaista ja nopeaa, tiimi ymmärsi, että suorituskyvyn palauttamiseksi tarvitaan kätevämpi ratkaisu.Tämä johti ultravioletti (UV) -kovettuvien prepregien tutkimiseen."Kiinnostus Sunrez-vinyyliesterihartseja kohtaan perustuu aiempaan merikokemukseen yrityksen perustajan Mark Livesayn kanssa", Bergen selitti.”Annoimme Sunrezille kvasi-isotrooppisen lasikankaan käyttämällä niiden vinyyliesteriprepregiä ja arvioimme kovettumiskäyrän eri olosuhteissa.Lisäksi, koska tiedämme, että vinyyliesterihartsi ei ole kuin epoksihartsi, joka tarjoaa sopivan toissijaisen tarttuvuuden, tarvitaan lisäponnisteluja erilaisten liimakerroksen kytkentäaineiden arvioimiseksi ja sen määrittämiseksi, mikä niistä sopii sovellukseen.
Toinen ongelma on, että lasikuidut eivät voi tarjota samoja mekaanisia ominaisuuksia kuin hiilikuidut."Verrattuna hiili/epoksilappuun, tämä ongelma ratkaistaan käyttämällä ylimääräistä lasi-/vinyyliesterikerrosta", Crane sanoi."Syy siihen, miksi tarvitaan vain yksi lisäkerros, on se, että lasimateriaali on raskaampaa kangasta."Tämä tuottaa sopivan laastarin, joka voidaan kiinnittää ja yhdistää kuudessa minuutissa jopa erittäin kylmissä / pakkasen sisälämpötiloissa.Kovettuu ilman lämpöä.Crane huomautti, että tämä korjaustyö voidaan suorittaa tunnissa.
Molemmat patch-järjestelmät on esitelty ja testattu.Jokaista korjausta varten vaurioituva alue merkitään (vaihe 1), luodaan reikäsahalla ja poistetaan sitten akkukäyttöisellä käsihiomakoneella (vaihe 2).Leikkaa sitten korjattu alue 12:1 kartiomaiseksi.Puhdista huivin pinta alkoholityynyllä (vaihe 3).Leikkaa seuraavaksi korjauslappu tietyn kokoiseksi, aseta se puhdistetulle pinnalle (vaihe 4) ja kiinnitä se telalla ilmakuplien poistamiseksi.Lasikuitu/UV-kovettuva vinyyliesteriprepreg-valmistetta varten aseta irrokekerros korjatulle alueelle ja koveta laastari langattomalla UV-lampulla kuuden minuutin ajan (vaihe 5).Käytä esiohjelmoitua, yhden painikkeen, akkukäyttöistä lämpösidontaa tyhjiöpakkauksessa ja koveta korjattu alue 99 °C:ssa tunnin ajan.
Vaihe 5. Kun olet asettanut kuorivan kerroksen korjatulle alueelle, koveta laastari langattomalla UV-lampulla 6 minuutin ajan.
"Sitten teimme testejä arvioidaksemme laastarin tarttuvuutta ja sen kykyä palauttaa rakenteen kantavuus", Bergen sanoi.”Ensimmäisessä vaiheessa meidän on todistettava käytön helppous ja kyky palauttaa vähintään 75 % vahvuudesta.Tämä tehdään neljän pisteen taivutuksella 4 x 48 tuuman hiilikuitu/epoksihartsilla ja balsa-ydinpalkilla simuloidun vaurion korjaamisen jälkeen.Joo.Projektin toisessa vaiheessa käytettiin 12 x 48 tuuman paneelia, ja sen lujuusvaatimukset on oltava yli 90 % monimutkaisissa jännityskuormituksissa.Täytimme kaikki nämä vaatimukset ja valokuvasimme korjausmenetelmät AMCB-mallilla.Kuinka käyttää kenttäteknologiaa ja laitteita visuaalisen viittauksen saamiseksi."
Projektin tärkein osa on todistaa, että aloittelijat voivat helposti suorittaa korjauksen.Tästä syystä Bergenillä oli idea: "Olen luvannut esitellä kahdelle tekniselle kontaktillemme armeijassa: tohtori Bernard Sialle ja Ashley Gennalle.Projektin ensimmäisen vaiheen loppuarvioinnissa pyysin, ettei korjauksia vaadita.Kokenut Ashley suoritti korjauksen.Hän kiinnitti laastarin ja suoritti korjauksen ilman ongelmia käyttämällä toimittamaamme sarjaa ja käsikirjaa."
Kuva 2 Akkukäyttöinen kovettuva esiohjelmoitu, akkukäyttöinen lämpösidontakone voi kovettaa hiilikuitu/epoksikorjauspaikan napin painalluksella ilman korjaustietoa tai kovetussyklien ohjelmointia.Kuvan lähde: Custom Technologies, LLC
Toinen keskeinen kehityskohde on akkukäyttöinen kovetusjärjestelmä (kuva 2)."Peltohuollon ansiosta sinulla on vain akkuvirtaa", Bergen huomautti."Kaikki kehittämämme korjaussarjan prosessilaitteet ovat langattomia."Tämä sisältää Custom Technologiesin ja lämpösidontakonetoimittajan WichiTech Industries Inc.:n (Randallstown, Maryland, USA) yhdessä kehittämän akkukäyttöisen lämpösidoksen."Tämä akkukäyttöinen lämpöside on esiohjelmoitu kovettumisen loppuun saattamiseksi, joten aloittelijoiden ei tarvitse ohjelmoida kovettumisjaksoa", Crane sanoi."Heidän tarvitsee vain painaa nappia suorittaakseen oikean rampin ja liotuksen."Tällä hetkellä käytössä olevat akut voivat kestää vuoden ennen kuin ne on ladattava.
Projektin toisen vaiheen valmistuttua Custom Technologies valmistelee jatkoparannusehdotuksia sekä kerää kiinnostus- ja tukikirjeitä."Tavoitteenamme on kypsyä tämä teknologia TRL 8:aan ja tuoda se kentälle", Bergen sanoi."Näemme myös mahdollisuudet ei-sotilaallisiin sovelluksiin."
Selittää vanhan taiteen alan ensimmäisen kuitulujitteen takana ja ymmärtää syvällisesti uuden kuitutieteen ja tulevan kehityksen.
Pian saapuva ja ensimmäistä kertaa lentävä 787 luottaa komposiittimateriaalien ja -prosessien innovaatioihin saavuttaakseen tavoitteensa
Postitusaika: 02.09.2021