包含聚合物纤维的结构制造技术

本发明专利技术涉及一种结构，其包含通过相互连接的元件以形成静定结构或超静定结构的方式连接在一起的刚性元件，其中所述结构包含至少一个张力元件，所述至少一个张力元件包含具有至少0.3％且至多10％的稳定化蠕变和低于每秒1 x 10‑5％的最小蠕变速率的聚合物纤维，所述稳定化蠕变和最小蠕变是在900MPa张力和30℃温度下测量的。本发明专利技术还涉及所述结构，其是框架结构，优选地空间框架；悬置体；平台，优选地海洋平台；或包含辐条的轮子。此外，本发明专利技术涉及聚合物纤维的用途，所述聚合物纤维具有至少0.3％且至多10％的稳定化蠕变和低于每秒1 x 10‑5％的最小蠕变速率，所述稳定化蠕变和最小蠕变是在900MPa张力和30℃温度下测量的，所述用途是用于静定结构或超静定结构，优选地用于框架结构，例如空间框架；用于悬置体；用于平台，优选地用于海洋平台；或用于包含辐条的轮子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及包含聚合物纤维的静定结构或超静定结构。此外，本专利技术涉及所述纤维在某些应用中的用途。这种结构在本领域通常是已知的，例如从文件US2008/0250746A1、US2010/0005751、WO03/002830和US5125206已知。这种结构的常见元件的实例有张力元件和刚性元件，例如通常通过相互连接的元件(例如通过将刚性元件焊接在一起或者通过接头和铰链)相互连接的杆和梁结。通常已知刚性元件能够抵抗张力、压缩和弯曲载荷。现有技术还描述了次静定结构(staticallyunder-determinedstructure)。二维(2D)次静定结构的一个实例在本文的示意图1a中进行了说明，其包含通过相互连接的元件(2)(即铰链)相互连接的刚性元件(1)(即杆)；不向该结构施加力。示意图1b示出了向结构施加力F(力在本文中也可以可交换地称为载荷)的情形中的次静定结构，因此该结构在斜压力F下变形；相互连接的元件通常允许这么大的形变。因此，次静定结构通常是不利的结构，因为其允许大的载荷形变，而不负载刚性元件的抗张力性、抗压缩性和/或抗弯曲性。类似的考虑对于三维(3D)次静定结构也是有效的。示意图2中示出了本领域已知的静定结构。张力元件(3)(即杆)的添加通常防止左下方和右上方的相互连接元件(2)(即铰链)之间的距离伸长。通过这种方式，通常能够防止归因于力F的大形变，从而使得在所有面内载荷(包括在除了示意图2中所示的载荷F的方向之外的其它方向上施加到结构的载荷)的情况下，结构均是稳定的(如果它不失效的话)。超静定结构通常包含比承载外部载荷严格必需的结构元件更多的结构元件，因此这种结构可负载内力，即便在所述结构未外部载荷的情况下亦是如此。向这种结构施加外部载荷时，所述外力通常增加增大内力。内力与外力之和可高于单个结构元件的载荷能力，因此可引起所述元件过早失效，从而导致随后整个结构过早失效。载荷能力在本文中被定义为：在结构不能抵抗所施加的载荷的情况下，施加到该结构或者该结构的元件上的力。本文的示意图3中示出了本领域已知的超静定结构的实例。示意图3示出了向示意图2中所示的结构中添加另一种张力元件(即，杆(4))以形成超静定结构。这种结构通常耐受施加到其的任何载荷。然而，为了成为有效的结构，杆(4)的长度应该与左上侧和右下侧的铰链之间的距离大体相同，因为该距离已通过添加杆(3)被确定，如示意图2中所示。在杆(4)比所述距离长或者短的情况下，所述杆和所述结构必须发生形变以适合所述距离。这种形变通常需要在结构上(包括在刚性元件上)施加力。这种力通常是当结构在使用中时仍然加于其上的不期望的内力。在现有技术中，机械装置(例如液压装置)通常用于可能减少导致过早失效的静定结构或超静定结构中元件上的内力。这些机械装置一般通过改变元件的有效长度来减小元件上的内力。现有技术还公开了在包含不同材料的结构中的张力元件，使用不同材料的目的是使内部载荷稳定。这种材料的实例包括钢、聚酯纤维、聚乙烯纤维、芳纶纤维。然而，钢重量大且有腐蚀；此外，在使用钢的结构中，需要通过凭借使用昂贵的液压装置主动调节张力元件的末端固定装置的高度来消除不同张力元件(例如海洋平台中的钢筋束)之间的初始长度差异。聚酯纤维显示出较低的强度，因此需要非常厚的张力元件，例如含聚酯的缆索，从而导致操作问题。芳纶纤维展示出低耐磨性并缺少耐化学性，当用在碱性环境中(例如，含盐的海水中)中时尤其如此。聚乙烯纤维，尤其是超高分子量聚乙烯纤维(例如，和)展示出过多最小蠕变，这导致结构蠕变失效。这种UHMWPE材料例如由M.P.Vlasblom和R.L.M.Bosman在Ocean2006会议摘要，BostonMA，2006年9月，出版者：IEEE，印刷ISBN：1-4244-0114-3中公开的PredictingtheCreepLifetimeofHMPEMooringRopeApplications中描述。此外，结构通常被设计用于非常长的时间工作负载，且在此期间通常出现变化的载荷。载荷的大小可以是统计分布，例如归因于暴风雨中的阵风的载荷。此外，通常通过采用在使用寿命期间超过结构的设计强度水平的很小可能性来设计结构，例如对于海上平台，可以采用的是在结构的操作寿命(例如，20年)期间出现暴风雨的可能性仅为例如1/1000，其中所述暴风雨的强度如此之高以至于超过结构耐受的设计载荷水平。这种高载荷的统计期望可能在这种结构的使用寿命中期附近，其在这种结构的使用寿命的第一周中出现的可能性极其低。此外，目前的天气预报模型一般允许在通常未预料这种暴风雨的时机架设这种结构。一种有吸引力的策略可以是在恶劣天气条件非常罕见(例如，在夏天)时架设这种平台。因此，在架设这种结构之后的第一周或者甚至数月期间暂时性的强度降低是可接受的，但期望地，强度降低仅仅是暂时性的。因此，本专利技术的目标是提供避免现有技术的缺点的结构，特别地提供这样的结构，其非常稳定，允许内部载荷减小并因此在内力和/或外力施加到所述结构时避免过早失效，而不需要使用昂贵的机械装置且同时可以为轻量型并具有高机械强度。出乎意料地，通过以下结构实现了该目标，所述结构包含通过相互连接的元件以形成静定结构或超静定结构的方式连接在一起的刚性元件，其中所述结构包含至少一个张力元件，所述张力元件包含具有至少0.3％且至多10％的稳定化蠕变和低于每秒1x10-5％的最小蠕变速率的聚合物纤维，所述稳定化蠕变和最小蠕变是在900MPa张力和30℃温度下测量的。虽然根据本专利技术的结构在架设后的第一周期间可能经历可接受的暂时性强度降低，但出乎意料地，根据本专利技术的结构的强度降低仅仅是暂时性的，因此所述结构在其大部分使用寿命期间将显示出改善的安全性。文件DE102008005051B3确实公开了这种结构。具体地，该文件公开了用于缆索张拉的空间框架的缆索结构，所述结构具有可旋转支撑的套筒并且被固定在节点元件中的纵向中轴周围以使得缆索在运送方向的纵向和横向受压。然而，该文件中所述的结构包含由与根据本专利技术的聚合物纤维不同的聚合物纤维(即即对芳纶合成纤维)制成的缆索，因此该文件中所述的结构在载荷施加于其时将过早失效。文件WO2014/210026A2描述了用于拴水下防喷器的结构，其包含锚、张力系统和张力构件。该文件中所述的张力构件可包括链、钢索或可获自NorthCarolinaUSA，Stanley的DSMDyneemaLLC的绳索。所述绳索由具有与根据本专利技术的纤维的性质不同的性质的纤维制成，因此该文件中所述的结构在载荷施加于其时将过早失效。在本专利技术的上下文中，静定结构是这样一种结构，其包含用于结构的基本机能所需的最小数目的结构元件。在本专利技术的语境中，超静定结构是这样一种结构，其包含的结构元件比所述结构的基本机能所需的结构元件要多，或者所述结构元件以这样一种方式构建，使得在存在或不存在任何外力的情况下，结构元件中存在内力。例如WO2014/210026A2文件中描述的静定结构和超静定结构的实例，该文件通过引用并入本文中。或者，超静定结构可被定义为这样一种结构：当经受载荷时，不同结构张力元件中的载荷可不同时出现(例如，较短张力元件中的载荷将比较长张力元件中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构，其包含通过相互连接的元件以形成静定结构或超静定结构的方式连接在一起的刚性元件，其中所述结构包含至少一个张力元件，所述至少一个张力元件包含具有至少0.3％且至多10％的稳定化蠕变和低于每秒1x10‑5％的最小蠕变速率的聚合物纤维，所述稳定化蠕变和最小蠕变是在900MPa张力和30℃温度下测量的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.01 EP 14175156.01.一种结构，其包含通过相互连接的元件以形成静定结构或超静定结构的方式连接在一起的刚性元件，其中所述结构包含至少一个张力元件，所述至少一个张力元件包含具有至少0.3％且至多10％的稳定化蠕变和低于每秒1x10-5％的最小蠕变速率的聚合物纤维，所述稳定化蠕变和最小蠕变是在900MPa张力和30℃温度下测量的。2.根据权利要求1所述的结构，其中所述至少一个张力元件包含具有至少0.5％且至多5％的稳定化蠕变的聚合物纤维，所述稳定化蠕变是在900MPa张力和30℃温度下测量的。3.根据权利要求1或2所述的结构，其中所述至少一个张力元件包含具有低于约每秒4x10-6％、优选地低于约每秒2x10-6％的最小蠕变速率的聚合物纤维，所述最小蠕变速率是在900MPa张力和30℃温度下测量的。4.根据任何在前权利要求所述的结构，其中所述结构是2D结构或3D结构。5.根据任何在前权利要求所述的结构，其中所述结构是框架结构，优选地空间框架结构；悬置体；平台，优选地海洋平台；或者包含辐条的轮子。6.根据任何在前权利要求所述的结构，其中所述结构是海洋平台，优选地海上张力腿平台，其包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：里格贝特·博斯曼，汤姆·安东尼厄斯·菲洛米娜·恩格斯，马丁·皮耶特·瓦拉斯布鲁姆，鲁洛夫·梅里森，本杰明·B·阿克斯，
申请(专利权)人：帝斯曼知识产权资产管理有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL