三维等构架结构制造技术

本发明专利技术公开了一种每单位重量具有增强的负载承受能力的结构件（１０），结构件具有多个围绕一纵轴（１４）的螺旋件（１２）。螺旋件具有以一螺旋构形端－端刚性相连的直段（３２）。在一基本的重复单元中，三个螺旋件（１２）具有一共同的倾斜方向，一公共的纵轴（１４），并且以等间距彼此间隔开。另外三个反置螺旋件（１２）也具有一共同的倾斜方向，一公共的纵轴（１４），并且以等间距彼此间隔开，但倾斜方向相反。当沿轴线看去时，由于直段（１２），这六个螺旋件（１２）形如一三角形。另外六个螺旋件（１２）如上构造，但相对于开始六个零件（１２）转动，这样当从轴线看去时，部件（１０）形如一六角星。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
三维等构架结构本专利技术涉及一种每单位质量具有增强的负载承受能力的三维结构件。更具体地，本专利技术涉及具有多个围绕一纵轴的螺旋件的结构件，其中零件具有端-端刚性连接的直段。在民用建筑、机械及航空领域中追求结构上有效的结构是一个迫切的课题。一种有效的构架结构具有高的强度/重量比以及/或刚度/重量比。有效的构架结构还具有成本相对低、容易构造及安装，而不浪费材料的优点。构架通常为固定的、完全夹紧的结构，设计成可以支撑负载。它们包括直的部件，在每个部件的端部用接头连接起来，这些部件是二力部件，使力沿部件作用。二力部件可以只在部件中产生轴向力，如张力和压力。构架通常用在桥梁和建筑结构中。构架设计成可以承受在构架平面中作用的负载。因此。构架经常做为二维结构处理和分析。最简单的二维构架包括三个部件，在其端部连接形成一三角形。通过顺序地将两个部件以及一个新接头加入此简单结构中，可以得到较大的结构。最简单的三维构架包括六个部，在其端部连接以形成一四面体。通过顺序地将三个部件加入四面体以及加入一个新接头，可以得到较大的结构。此三维结构称为一空间构架。框架也通常为固定的完全夹紧的结构，但与构架相反具有至少一个多力部件，使力不沿部件作用。机构是包含移动件的结构，并设计成可以传送并修正力。同框架一样，机构包含至少一个多力部件。一多力部件可以不仅产生张力和压力，而且产生剪切和弯曲。传统的结构设计限制为一维或二维分析，用于抵抗一单一载荷形式。例如，I字梁最优于抗弯，而管件最优于抗扭。将设计分析限为二维简化了设计步骤，但忽视了组合载荷。三维分析很困难，因为难以分析和计算三维载荷和结构。实际中，许多结构必须要抗多重载荷。目前已使用计算机来对更复杂的结构建模。-->在过去20年中在许多场合已使用了先进的复合结构。一种典型的复合结构包括一由连续的高强度、高硬度定位的纤维增强的基质。纤维可以定位成在所需方向和平面中获得优化的强度和硬度。一种适当设计的复合结构比相似的金属结构具有几种优点。复合材料具有显著较高的强度/重量比以及硬度/重量比，从而使结构较轻。制作方法例如细丝缠绕已用来形成一结构如一罐槽或塔柱，这比用金属构造更快。一复合材料由于加工柔性，可代替好几种金属零件。1979年1月30日授权给Mayes等人的美国专利4,137,354公开了一种圆柱形“等格栅”结构，具有通过轴向及螺旋缠绕纤维而形成的一重复的同轴三角形。但格栅是管形的而不是平的或直的。换句话说，部件是弧形的。这样同一直部件相比减少了部件的抗弯强度。因此，研制开发一种每单位质量具有增强的负载承受能力并能承受多重载荷的结构件就很有必要。本专利技术的一个目的是提供一种每单位质量具有增强的负载承受能力的三维结构件。本专利技术的另一个目的是提供一种能承受多重载荷的结构件。本专利技术的还一个目的是提供一种适用于增强混凝土的结构件。本专利技术的再一个目的是提供一种适用于结构应用场合如梁杆、悬臂梁、支撑件、塔柱、跨距等的结构件。本专利技术的又一个目的是提供一种适于建筑应用场合的结构件。本专利技术的另一个目的是提供一种适用于机械应用场合如驱动轴的结构件。本专利技术的这些和其他目的及优点在一种包括多个围绕一纵轴的螺旋件的结构件中实现。螺旋件具有直段，以一种螺旋构形端-端刚性连接。在优选实施例中，结构件具有至少十二个螺旋件。有一个方向上至少三个螺旋件围绕轴线，而在相反的方向上另外至少三个反置螺旋件围绕轴线。第一组至少三个螺旋件具有相同的倾斜方向并以等间距彼此间隔开。反置螺旋件同样设置，但倾斜方向相反，这些零件在部件的周边的外节点以及在内节点处相交。当从轴线看去时，零件的直段形如一三角形。其余六个零件同开始六个零件一样设置，但相对于开始六个零件-->转动。当从轴线看去时，部件形如两个三角形，其中一个三角形相对于另一个三角形转动，或形如一六角星。部件还形如多个三角形，多个三角形绕部件周边与轴线间隔开并在部件内部形成一多面体。零件相交以形成外和内节点。在此实施例中，所有零件都共享一公同轴线。可以在此结构中加入另外的部件。内轴向部件在内节点与零件相交并平行于轴线。外轴向部件在外节点与零件相交并且也平行于轴线。周边部件在相邻的外节点之间延伸垂直于轴线。对角线周边部件在相对于轴线的一对角线上在外节点之间延伸。在优选实施例中，三个直段形成为一个螺旋件并绕轴线整体转动，这样当沿轴线看去时形如一三角形。或者，螺旋件可以形成另外的段，而当沿轴线看去时形如其他的多边形。在一变化的实施例中，当从轴线看去时，二十四个螺旋件形成两个六边形，其中一个六边形相对于另一个六边形转动。六个螺旋件围绕一个方向，而另六个反置螺旋件围绕另一个方向。其余十二个零件同样构形，只是相对于开始十二个转动。在另一个变化的实施例中，一杆部件同优选实施例具有相似的构造，但开始六个零件的轴线同后面六个零件的轴线偏置。尽管部件可以用任何材料构成，但螺旋构形适用于复合材料。纤维可以围绕通常符合部件的螺旋图形的一卷轴。这样增加了部件的强度，因为一零件的段由连续的纤维形成。通过在节点连接部件可以将两个或更多部件连起来。另外，部件可以用一种材料涂盖，以形成实体结构的外形或保护部件或其中的物件。通过结合附图理解本专利技术的以下的详细描述，本领域的技术人员可以清楚本专利技术的这些以及其他目的、特征、优点和变化的方面。图1是本专利技术结构件的一优选实施例的一立体图。图2是本专利技术结构件一优选实施例的一后视图。图3是本专利技术结构件一优选实施例的一正视图。图4是本专利技术结构件一优选实施例的一侧视图。图5是带有一着重突出的单个螺旋的本专利技术的结构件的一前视图。图6是带有一着重突出的单个螺旋的本专利技术的结构件的一侧视图。图7是本专利技术结构件的一优选实施例的基本结构的一立体图。-->图8是带有另一个螺旋的本专利技术结构件的一优选实施例的基本结构的一立体图。图9是带有三个螺旋件和一个反置的螺旋件的本专利技术结构件的一优选实施例的一立体图。图10是本专利技术结构件一变化实施例的一立体图。图11是本专利技术结构件一变化实施例的一侧视图。图12是本专利技术结构件一变化实施例的一立体图。图13是本专利技术结构件一变化实施例的一后视图。图14是本专利技术结构件一变化实施例的一立体图。图15是本专利技术结构件一变化实施例的一立体图。图16是本专利技术结构件一变化实施例的一立体图。图17是本专利技术结构件一变化实施例的一立体图。图18是本专利技术结构件一变化实施例的一后视图。图19是本专利技术结构件一变化实施例的一立体图。图20是本专利技术结构件一变化实施例的一后视图。图21是本专利技术优选实施例的两个结构件连在一起的一立体图。图22是本专利技术优选实施例的两个结构件连在一起的一侧视图。下面参见附图，其中本专利技术的各种部件用标号标出，并且描述本专利技术以使本领域普通技术人员可以制成并使用本专利技术。如图1至4所示，在一优选实施例中示出本专利技术的一结构件10。结构件10是一三维构架或立体构架。结构件10由多个沿部件10的长度或纵轴14以重复图案设置的元件或部件12组成。两个或多个单个的元件12在接点16连接或交叉。元件12可以刚性连接、柔性连接或只是在接点16交叉。在交叉元件连接处形成一节点。在交叉元件12与部件10周边相交处形成一外节点18。在交叉元件12与部件10内部相交处形成一内节点20。由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种每单位质量具有增强的负载承受能力的结构件，此结构件包括： 至少两个螺旋件，每个零件具有至少三个以螺旋构形刚性地端－端相连的细长直段，所述至少两个螺旋件具有一共同的倾斜方向，一公共纵轴，并以大约相等的间距彼此间隔开； 至少一个反置螺旋件，同所述至少两个螺旋件相似具有至少三个以螺旋构形刚性地端－端相连的细长直段，并具有与所述至少两个螺旋件共同的一纵轴，但倾斜方向相反；以及 用于在相交位置将所述至少两个螺旋件与所述至少一个反置螺旋件联结的装置，从而形成一主要为开放空间但能承受各种施加的力的结构件。

【技术特征摘要】
US 1997-4-10 08/838,5991.一种每单位质量具有增强的负载承受能力的结构件，此结构件包括：至少两个螺旋件，每个零件具有至少三个以螺旋构形刚性地端-端相连的细长直段，所述至少两个螺旋件具有一共同的倾斜方向，一公共纵轴，并以大约相等的间距彼此间隔开；至少一个反置螺旋件，同所述至少两个螺旋件相似具有至少三个以螺旋构形刚性地端-端相连的细长直段，并具有与所述至少两个螺旋件共同的一纵轴，但倾斜方向相反；以及用于在相交位置将所述至少两个螺旋件与所述至少一个反置螺旋件联结的装置，从而形成一主要为开放空间但能承受各种施加的力的结构件。2.如权利要求1所述的结构件，其特征在于，零件是一基质中的纤维。3.如权利要求1所述的结构件，其特征在于，零件是一基质中的纤维，而用于联结螺旋件与反置螺旋件的装置包括螺旋件纤维和反置螺旋件纤维在基质中的交迭。4.如权利要求1所述的结构件，其特征在于，用于联结螺旋件和反置螺旋件的装置包括具有定位和设置成可以容接零件端部的凹座的接头。5.如权利要求1所述的结构件，其特征在于，进一步包括：至少一个与所述至少两个螺旋件和所述至少一个反置螺旋件联结的轴向零件，所述至少一个轴向零件基本平行于纵轴。6.如权利要求5所述的结构件，其特征在于，所述至少一个轴向零件在外节点与所述至少两个螺旋件联结而与所述至少一个反置螺旋件联结。7.如权利要求5所述的结构件，其特征在于，所述至少一个轴向零件在内节点与所述至少两个螺旋件联结而与所述至少一个反置螺旋旋件联结。8.如权利要求1所述的结构件，其特征在于，进一步包括：至少一个另外的联结在相邻节点之间的零件。9.如权利要求8所述的结构件，其特征在于，所述另外的零件是在垂直于纵轴的一平面中联结在两个节点之间的一周边部件。10.如权利要求8所述的结构件，其特征在于，所述另外的零件是联结在两个节点之间并相对于纵轴成一角度的一对角线周边部件。11.如权利要求1所述的结构件，其特征在于，所述至少两个螺旋件以及所述至少一个反置螺旋件的段形成具有三角形截面的虚管件。12.如权利要求1所述的结构件，其特征在于，所述至少两个螺旋件以及所述至少一个反置螺旋件的段形成具有多边形截面的虚管件。13.如权利要求1所述的结构件，进一步包括：至少两个转动的螺旋件，每个零件具有至少三个以螺旋构形刚性地端-端相连的细长的直段，所述至少两个转动的螺旋件具有一共同的倾斜方向，一公共的转动的纵轴，并且以大约等间距彼此间隔开，所述至少两个转动的螺旋件的段相对于所述至少两个螺旋件转动；至少一个转动的反置螺旋件，同所述至少两个转动的螺旋件相似具有至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉里R弗朗科，戴维W詹森，
申请(专利权)人：布莱阿姆青年大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]