Faodar an uidheamachd so-ghiùlain a chàradh le fiberglass / vinyl ester UV-curable no fiber carbon / prepreg epoxy air a stòradh aig teòthachd an t-seòmair agus uidheamachd ciùraigidh le cumhachd bataraidh. #saothrachadh taobh a-staigh #bun-structar
Càradh paiste prepreg UV-leigheasach Ged a bha an càradh prepreg fiber carbon / epoxy a chaidh a leasachadh le Custom Technologies LLC airson an drochaid cho-mheasgaichte a-staigh air a bhith sìmplidh agus luath, tha cleachdadh freumhag glainne ath-neartachadh roisinn ester vinyl UV-curable Prepreg air siostam nas goireasaiche a leasachadh . Stòr ìomhaigh: Custom Technologies LLC
Tha drochaidean modular so-ruigsinneach nam maoin riatanach airson obair innleachdach armachd agus logistics, a bharrachd air ath-nuadhachadh bun-structair còmhdhail aig àm mòr-thubaistean nàdurrach. Thathas a’ sgrùdadh structaran co-dhèanta gus cuideam nan drochaidean sin a lughdachadh, agus mar sin a’ lughdachadh an eallach air carbadan còmhdhail agus dòighean faighinn air ais. An coimeas ri drochaidean meatailt, tha comas aig stuthan co-dhèanta cuideachd comas luchdan àrdachadh agus beatha seirbheis a leudachadh.
Tha an Drochaid Adhartach Modular Composite (AMCB) na eisimpleir. Bidh Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, na SA) agus Materials Sciences LLC (Horsham, PA, na SA) a’ cleachdadh lannan epoxy neartaichte le fiber carbon (Figear 1). ) Dealbhadh agus togail). Ach, tha an comas air structaran mar sin a chàradh san raon air a bhith na chùis a tha a’ cur bacadh air gabhail ri stuthan co-dhèanta.
Figear 1 Drochaid cho-dhèanta, prìomh mhaoin infield Chaidh Drochaid Co-fhillte Modular Adhartach (AMCB) a dhealbhadh agus a thogail le Seemann Composites LLC agus Materials Sciences LLC a’ cleachdadh co-phàirtean roisinn epocsa neartaichte le fiber carbon. Stòr ìomhaigh: Seeman Composites LLC (clì) agus Arm na SA (deas).
Ann an 2016, fhuair Custom Technologies LLC (Millersville, MD, SA) tabhartas Ìre 1 Rannsachadh Ùr-ghnàthachaidh Gnìomhachasan Beaga (SBIR) maoinichte le Arm na SA gus dòigh càraidh a leasachadh a ghabhas coileanadh gu soirbheachail le saighdearan air an làrach. Stèidhichte air an dòigh-obrach seo, chaidh an dàrna ìre de thabhartas SBIR a thoirt seachad ann an 2018 gus stuthan ùra agus uidheamachd le cumhachd bataraidh a thaisbeanadh, eadhon ged a thèid am paiste a dhèanamh le neach-tòiseachaidh gun trèanadh ro-làimh, faodar 90% no barrachd den structar ath-nuadhachadh. neart. Tha ion-dhèantachd an teicneòlais air a dhearbhadh le bhith a’ coileanadh sreath de mhion-sgrùdadh, taghadh stuthan, saothrachadh sampaill agus gnìomhan deuchainn meacanaigeach, a bharrachd air càradh air sgèile bheag agus làn.
Is e am prìomh neach-rannsachaidh anns an dà ìre SBIR Michael Bergen, stèidheadair agus ceann-suidhe Custom Technologies LLC. Leig Bergen dheth a dhreuchd bho Carderock bho Ionad Cogaidhean Uachdar a’ Chabhlaich (NSWC) agus rinn e seirbheis ann an Roinn nan Structaran is Stuthan airson 27 bliadhna, far an do stiùir e leasachadh agus cleachdadh theicneòlasan co-dhèanta ann an cabhlach Cabhlach na SA. Chaidh an Dr Roger Crane a-steach do Custom Technologies ann an 2015 às deidh dha a dhreuchd a leigeil dheth bho Chabhlach na SA ann an 2011 agus tha e air seirbheis a dhèanamh airson 32 bliadhna. Tha an eòlas aige air stuthan co-dhèanta a’ toirt a-steach foillseachaidhean teignigeach agus peutantan, a’ còmhdach cuspairean leithid stuthan co-dhèanta ùra, saothrachadh prototype, dòighean ceangail, stuthan ioma-ghnìomhach ioma-ghnìomhach, sgrùdadh slàinte structarail, agus ath-nuadhachadh stuthan co-dhèanta.
Tha an dà eòlaiche air pròiseas sònraichte a leasachadh a bhios a’ cleachdadh stuthan co-dhèanta gus na sgàinidhean ann an saobh-structar alùmanum bàta-mara treòraichte clas Ticonderoga CG-47 5456 a chàradh. “Chaidh am pròiseas a leasachadh gus fàs sgàinidhean a lughdachadh agus a bhith na roghainn eaconamach eile. gus bòrd àrd-ùrlar de 2 gu 4 millean dolar a chuir na àite," thuirt Bergen. “Mar sin dhearbh sinn gu bheil fios againn mar a nì sinn càradh taobh a-muigh an obair-lann agus ann an àrainneachd seirbheis dha-rìribh. Ach is e an dùbhlan nach eil dòighean so-mhaoin armachd gnàthach gu math soirbheachail. Is e an roghainn càradh duplex ceangailte [gu bunaiteach ann an raointean millte Glue bòrd chun mhullach] no thoir air falbh an so-mhaoin bhon t-seirbheis airson càradh aig ìre taigh-bathair (ìre D). Leis gu bheil feum air càradh aig ìre D, tha mòran mhaoin air an cur an dàrna taobh.”
Chaidh e air adhart ag ràdh gur e an rud a tha a dhìth dòigh-obrach a dh’ fhaodar a dhèanamh le saighdearan aig nach eil eòlas air stuthan co-dhèanta, a’ cleachdadh dìreach innealan agus leabhraichean-làimhe cumail suas. Is e ar n-amas am pròiseas a dhèanamh sìmplidh: leugh an leabhar-làimhe, dèan measadh air a’ mhilleadh agus dèan càradh. Chan eil sinn airson a bhith a 'measgachadh resins leaghaidh, oir tha feum air tomhas mionaideach gus dèanamh cinnteach à leigheas iomlan. Feumaidh sinn cuideachd siostam gun sgudal cunnartach às deidh obair-càraidh a chrìochnachadh. Agus feumaidh e a bhith air a phacaigeadh mar phasgan a dh’ fhaodar a chleachdadh leis an lìonra a th’ ann mar-thà. ”
Is e aon fhuasgladh a sheall Custom Technologies gu soirbheachail pasgan so-ghiùlain a bhios a’ cleachdadh adhesive epoxy nas cruaidhe gus am bad co-dhèanta adhesive a ghnàthachadh a rèir meud a’ mhillidh (suas ri 12 òirleach ceàrnagach). Chaidh an taisbeanadh a chrìochnachadh air stuth co-dhèanta a 'riochdachadh deic AMCB 3-òirlich de thighead. Tha cridhe fiodha balsa 3-òirleach tiugh (15 notaichean gach cas ciùbach) agus dà shreath de Vectorply (Phoenix, Arizona, SA) C -LT 1100 fiber carbon 0 ° / 90 ° aodach fuaigheil biaxial, aon sreath de ... C-TLX 1900 fiber carbon 0 ° / + 45 ° / - 45 ° trì shailean agus dà shreath de C-LT 1100, còig sreathan gu h-iomlan. “Cho-dhùin sinn gun cleachd an cromag pìosan ro-thogte ann an laminate leth-isotropic coltach ri ioma-axis gus nach bi stiùireadh an aodaich na dhuilgheadas,” thuirt Crane.
Is e an ath iris am matrix resin a thathas a’ cleachdadh airson càradh laminate. Gus measgachadh roisinn leaghaidh a sheachnadh, cleachdaidh am paiste prepreg. “Ach, is e stòradh a th’ anns na dùbhlain sin, ”mhìnich Bergen. Gus fuasgladh paiste so-ruigsinneach a leasachadh, tha Custom Technologies air com-pàirteachadh le Sunrez Corp. (El Cajon, California, USA) gus prepreg snàithleach glainne / vinyl ester a leasachadh a dh’ fhaodas solas ultraviolet (UV) a chleachdadh ann an sia mionaidean Cùram aotrom. Cho-obraich e cuideachd le Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, USA), a mhol cleachdadh film sùbailte epoxy ùr.
Tha sgrùdaidhean tràth air sealltainn gur e roisinn epocsa an roisinn as freagarraiche airson snàithleach gualain prepregs-UV-curable vinyl ester agus snàithleach glainne gluasaid ag obair gu math, ach nach eil iad a’ leigheas fo snàithleach gualain a tha a’ bacadh solas. Stèidhichte air film ùr Gougeon Brothers, tha an prepreg epoxy mu dheireadh air a leigheas airson 1 uair aig 210 ° F / 99 ° C agus tha beatha sgeilp fada aige aig teòthachd an t-seòmair - chan eil feum air stòradh aig teòthachd ìosal. Thuirt Bergen ma tha feum air teòthachd gluasaid glainne nas àirde (Tg), gum bi an roisinn air a leigheas cuideachd aig teòthachd nas àirde, leithid 350 ° F / 177 ° C. Tha an dà prepreg air an toirt seachad ann am pasgan càraidh so-ghiùlain mar chruach de phìosan prepreg air an seuladh ann an cèis film plastaig.
Leis gum faodar an uidheamachd càraidh a stòradh airson ùine mhòr, feumaidh Custom Technologies sgrùdadh beatha sgeilp a dhèanamh. “Cheannaich sinn ceithir pàircean cruaidh plastaig - seòrsa armachd àbhaisteach a thathas a’ cleachdadh ann an uidheamachd còmhdhail - agus chuir sinn sampallan de adhesive epoxy agus vinyl ester prepreg a-steach do gach cuairteachadh, ”thuirt Bergen. Chaidh na bogsaichean an uairsin a chuir ann an ceithir diofar àiteachan airson deuchainn: mullach factaraidh Gougeon Brothers ann am Michigan, mullach port-adhair Maryland, an goireas a-muigh ann an Yucca Valley (fàsach California), agus an obair-lann deuchainn coirbeachd a-muigh ann an ceann a deas Florida. Tha luchd-clàraidh dàta aig a h-uile cùis, tha Bergen ag ràdh, “Bidh sinn a’ gabhail sampallan dàta is stuthan airson measadh a h-uile trì mìosan. Is e an teòthachd as àirde a chaidh a chlàradh anns na bogsaichean ann am Florida agus California 140 ° F, a tha math airson a’ mhòr-chuid de resins ath-nuadhachaidh. ’S e fìor dhùbhlan a th’ ann.” A bharrachd air an sin, rinn Gougeon Brothers deuchainn air an taobh a-staigh air an roisinn epoxy fìor-ghlan a chaidh a leasachadh às ùr. “Bidh sampaill a chaidh a chuir ann an àmhainn aig 120 ° F airson grunn mhìosan a’ tòiseachadh a ’polymerize,” thuirt Bergen. “Ach, airson na sampallan co-fhreagarrach a chaidh a chumail aig 110 ° F, cha do leasaich ceimigeachd an roisinn ach beagan.”
Chaidh an càradh a dhearbhadh air a’ bhòrd deuchainn agus am modail sgèile seo de AMCB, a chleachd an aon stuth laminate agus bunaiteach ris an drochaid thùsail a thog Seemann Composites. Stòr ìomhaigh: Custom Technologies LLC
Gus an dòigh càraidh a nochdadh, feumar laminate riochdaire a dhèanamh, a mhilleadh agus a chàradh. “Anns a’ chiad ìre den phròiseact, chleachd sinn an toiseach sailean beaga 4 x 48-òirleach agus deuchainnean lùbadh ceithir puingean gus measadh a dhèanamh air comasachd ar pròiseas càraidh, ”thuirt Klein. “An uairsin, ghluais sinn gu pannalan 12 x 48 òirleach san dàrna ìre den phròiseact, chuir sinn an sàs luchdan gus staid cuideam biaxial a ghineadh gus fàilligeadh adhbhrachadh, agus an uairsin rinn sinn measadh air coileanadh càraidh. Anns an dàrna ìre, chuir sinn crìoch air a’ mhodal AMCB a thog sinn cumail suas.”
Thuirt Bergen gun deach am pannal deuchainn a chaidh a chleachdadh gus coileanadh càraidh a dhearbhadh a dhèanamh a’ cleachdadh an aon loidhne de laminates agus prìomh stuthan ri AMCB a rinn Seemann Composites, “ach lughdaich sinn tiugh a’ phannail bho 0.375 òirleach gu 0.175 òirleach, stèidhichte air an teòirim axis co-shìnte. . Is e seo a 'chùis. Chaidh an dòigh, còmhla ris na h-eileamaidean a bharrachd de theòiridh beam agus teòiridh clasaigeach laminate [CLT], a chleachdadh gus àm inertia agus stiffness èifeachdach an AMCB làn-sgèile a cheangal ri toradh demo nas lugha a tha nas fhasa a làimhseachadh agus barrachd. cosg-èifeachdach. An uairsin, chleachd sinn am modal mion-sgrùdadh eileamaid chrìochnaichte [FEA] a chaidh a leasachadh le XCraft Inc. (Boston, Massachusetts, USA) gus dealbhadh càradh structarail a leasachadh.” Chaidh an aodach fiber carbon a chaidh a chleachdadh airson na pannalan deuchainn agus am modail AMCB a cheannach bho Vectorply, agus chaidh cridhe balsa a dhèanamh le Core Composites (Bristol, RI, SA) air a thoirt seachad.
Ceum 1. Bidh am pannal deuchainn seo a’ taisbeanadh trast-thomhas toll 3 òirleach gus atharrais air milleadh a tha air a chomharrachadh sa mheadhan agus an cearcall-thomhas a chàradh. Stòr dhealbhan airson a h-uile ceum: Custom Technologies LLC.
Ceum 2. Cleachd grinder làimhe le cumhachd bataraidh gus an stuth millte a thoirt air falbh agus cuir a-steach am pìos càraidh le teip 12:1.
“Tha sinn airson atharrais air ìre nas àirde de mhilleadh air a’ bhòrd deuchainn na dh’ fhaodadh a bhith air fhaicinn air deic na drochaid san raon, "mhìnich Bergen. “Mar sin is e ar dòigh sàbh-toll a chleachdadh gus toll le trast-thomhas de 3 òirlich a dhèanamh. An uairsin, bidh sinn a’ tarraing a-mach pluga an stuth millte agus a’ cleachdadh inneal-bleith inneal-làimhe gus sgarfa 12: 1 a phròiseasadh.”
Mhìnich Crane, airson càradh snàithleach gualain / epoxy, aon uair ‘s gu bheil an stuth pannal“ millte ”air a thoirt air falbh agus sgarfa iomchaidh air a chuir an sàs, thèid an prepreg a ghearradh gu leud is fad gus a bhith co-ionnan ri teip na sgìre a chaidh a mhilleadh. “Airson ar pannal deuchainn, feumaidh seo ceithir sreathan de prepreg gus an stuth càraidh a chumail co-chòrdail ri mullach a’ phannal gualain tùsail gun mhilleadh. Às deidh sin, tha na trì sreathan còmhdaich de charbon / epoxy prepreg stèidhichte air seo Air a’ phàirt càraidh. Bidh gach còmhdach leantainneach a’ leudachadh 1 òirleach air gach taobh den t-sreath ìosal, a bheir gluasad mean air mhean bhon stuth timcheall “math” chun àite càraidh. ” An ùine iomlan airson a ’chàradh seo a dhèanamh - a’ toirt a-steach ullachadh àite càraidh, A ’gearradh agus a’ cur an stuth ath-nuadhachaidh agus a ’cur an gnìomh modh ciùraidh - timcheall air 2.5 uair.
Airson snàithleach gualain / prepreg epoxy, tha an raon càraidh air a phacaigeadh falamh agus air a leigheas aig 210 ° F / 99 ° C airson uair a thìde le bhith a ’cleachdadh bannan teirmeach le cumhachd bataraidh.
Ged a tha càradh gualain/epocsa sìmplidh agus luath, dh’ aithnich an sgioba gu robh feum air fuasgladh nas goireasaiche gus coileanadh a thoirt air ais. Mar thoradh air an sin chaidh sgrùdadh a dhèanamh air prepregs leigheas ultraviolet (UV). “Tha an ùidh ann an resins vinyl ester Sunrez stèidhichte air eòlas cabhlaich a bh’ ann roimhe le stèidheadair a ’chompanaidh Mark Livesay,” mhìnich Bergen. “Thug sinn aodach glainne leth-isotropic do Sunrez an-toiseach, a’ cleachdadh an vinyl ester prepreg aca, agus rinn sinn measadh air an lùb leigheas fo chumhachan eadar-dhealaichte. A bharrachd air an sin, leis gu bheil fios againn nach eil roisinn eistear vinyl coltach ri roisinn epocsa a bheir seachad coileanadh adhesion àrd-sgoile iomchaidh, agus mar sin tha feum air oidhirpean a bharrachd gus diofar riochdairean ceangail còmhdach adhesive a mheasadh agus faighinn a-mach dè am fear a tha freagarrach airson an tagraidh.”
Is e duilgheadas eile a th’ ann nach urrainn dha snàithleach glainne na h-aon fheartan meacanaigeach a thoirt seachad ri freumhagan gualain. “An coimeas ri badan gualain / epoxy, tha an duilgheadas seo air fhuasgladh le bhith a’ cleachdadh sreath a bharrachd de ghlainne / eistear vinyl, ”thuirt Crane. “Is e an adhbhar nach eil feum ach air aon ìre a bharrachd gu bheil an stuth glainne na aodach nas truime." Bidh seo a’ toirt a-mach bad iomchaidh a ghabhas a chuir an sàs agus a chur còmhla taobh a-staigh sia mionaidean eadhon aig teòthachd a-staigh glè fhuar / reòta. A 'leigheas gun a bhith a' toirt seachad teas. Chomharraich Crane gum faodar an obair càraidh seo a chrìochnachadh taobh a-staigh uair a thìde.
Chaidh an dà shiostam paiste a dhearbhadh agus a dhearbhadh. Airson gach càradh, tha an raon a tha ri mhilleadh air a chomharrachadh (ceum 1), air a chruthachadh le sàbh toll, agus an uairsin air a thoirt air falbh le bhith a ’cleachdadh inneal-bleith làimhe le cumhachd bataraidh (ceum 2). An uairsin gearraich an raon càraidh a-steach gu teip 12: 1. Glan uachdar an sgarfa le pad deoch làidir (ceum 3). An ath rud, gearraich am pìos càraidh gu meud sònraichte, cuir e air an uachdar glan (ceum 4) agus daingnich e le rolair gus builgeanan èadhair a thoirt air falbh. Airson prepreg eistear vinyl fiber glainne / UV-curing, an uairsin cuir an còmhdach fuasglaidh air an àite càraidh agus leigheas am bad le lampa UV gun sreang airson sia mionaidean (ceum 5). Airson snàithleach gualain / prepreg epoxy, cleachd bonder teirmeach ro-phrògramaichte, aon-phutan, le cumhachd bataraidh gus pasgan falamh a dhèanamh agus an raon càraidh a leigheas aig 210 ° F / 99 ° C airson uair a thìde.
Ceum 5. Às deidh dhut an còmhdach feannadh a chuir air an àite càraidh, cleachd lampa UV gun sreang gus am paiste a leigheas airson 6 mionaidean.
“An uairsin rinn sinn deuchainnean gus measadh a dhèanamh air cho seasmhach sa tha an raon agus a chomas comas luchdan an structair a thoirt air ais,” thuirt Bergen. “Anns a’ chiad ìre, feumaidh sinn dearbhadh cho furasta sa tha an tagradh agus an comas co-dhiù 75% den neart fhaighinn air ais. Tha seo air a dhèanamh le bhith a’ lùbadh ceithir puingean air freumhag gualain 4 x 48 òirleach / roisinn epoxy agus beam cridhe balsa às deidh dhaibh am milleadh samhlachail a chàradh. Tha. Chleachd an dàrna ìre den phròiseact pannal 12 x 48 òirleach, agus feumaidh e barrachd air 90% de riatanasan neart a nochdadh fo luchdan cuideam iom-fhillte. Choinnich sinn ris na riatanasan sin uile, agus an uairsin thog sinn dealbhan de na dòighean càraidh air modal AMCB. Mar a chleachdas tu teicneòlas infield agus uidheamachd gus iomradh lèirsinneach a thoirt seachad. ”
Is e prìomh phàirt den phròiseact dearbhadh gu bheil e comasach dha luchd-tòiseachaidh an càradh a chrìochnachadh gu furasta. Air an adhbhar seo, bha beachd aig Bergen: “Tha mi air gealltainn sealltainn don dà neach-conaltraidh teicnigeach againn san Arm: an Dotair Bernard Sia agus Ashley Genna. Anns an ath-bhreithneachadh mu dheireadh air a 'chiad ìre den phròiseact, dh' iarr mi gun chàradh sam bith. Rinn Ashley eòlach an càradh. A’ cleachdadh a’ chit agus an leabhar-làimhe a thug sinn seachad, chuir i am paiste an sàs agus chuir i crìoch air a chàradh gun duilgheadas sam bith.”
Figear 2 Faodaidh an inneal ceangail teirmeach ro-phrògramaichte le cumhachd bataraidh leigheas a thoirt don phìos càraidh snàithleach gualain / epocsa aig putadh putan, gun fheum air eòlas càraidh no prògramadh cearcall ciùraigidh. Stòr ìomhaigh: Custom Technologies, LLC
Is e prìomh leasachadh eile an siostam ciùraigidh le cumhachd bataraidh (Figear 2). “Tro chumail suas a-staigh, chan eil agad ach cumhachd bataraidh,” thuirt Bergen. “Tha a h-uile uidheamachd pròiseas anns a’ phasgan càraidh a leasaich sinn gun uèir." Tha seo a’ toirt a-steach ceangal teirmeach le cumhachd bataraidh air a leasachadh còmhla le Custom Technologies agus inneal solaraiche inneal ceangail teirmeach WichiTech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, USA). “Tha an ceangal teirmeach seo le cumhachd bataraidh air a phrògramadh ro-làimh gus leigheas a chrìochnachadh, agus mar sin chan fheum luchd-tòiseachaidh a’ chearcall ciùraigidh a phrògramadh, ”thuirt Crane. “Chan fheum iad ach putan a bhrùthadh gus an ramp ceart a chrìochnachadh agus bogadh.” Faodaidh na bataraidhean a thathas a’ cleachdadh an-dràsta mairsinn airson bliadhna mus fheum iad ath-lìonadh.
Le crìoch air an dàrna ìre den phròiseact, tha Custom Technologies ag ullachadh molaidhean leasachaidh leantainneach agus a’ cruinneachadh litrichean ùidh agus taic. “Is e ar n-amas an teicneòlas seo a thoirt gu TRL 8 agus a thoirt don raon," thuirt Bergen. “Tha sinn cuideachd a’ faicinn comas airson tagraidhean neo-armailteach. ”
A’ mìneachadh an t-seann ealain air cùl a’ chiad neartachadh snàithleach sa ghnìomhachas, agus tha tuigse dhomhainn aige air saidheans snàithleach ùr agus leasachadh san àm ri teachd.
A ’tighinn a dh’ aithghearr agus ag itealaich airson a ’chiad uair, tha an 787 an urra ri innleachdan ann an stuthan agus pròiseasan co-dhèanta gus na h-amasan aige a choileanadh
Ùine puist: Sultain-02-2021