具有能量吸收作用的外部拉伸結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作方法
【專利摘要】一種單位質(zhì)量承載能力增強的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，該結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括由材料條形成的骨架結(jié)構(gòu)?？梢栽谒鰲l上設置凹口并且可以在凹口中放置由抗拉材料制成的織物并且所述抗張材料繞所述骨架結(jié)構(gòu)進行編織。至少一對結(jié)構(gòu)構(gòu)件能接合在一起以通過抗拉材料的織物圖案而提供非常強的接頭，所述抗拉材料諸如是凱夫拉爾纖維，其貫穿所述結(jié)構(gòu)分配應力，從而防止應力集中在一個區(qū)域中。制造這樣的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方法包括利用成型段的基體將材料成型為期望截面的骨架。基本上避免了復合材料中完全的災難性破壞并且能增大結(jié)構(gòu)的強度重量比。
【專利說明】具有能量吸收作用的外部拉伸結(jié)構(gòu)構(gòu)件
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2011年3月4日提交的名稱為“EX0TENS10NED STRUCTURAL MEMBERSWITH ENERGY-ABSORBING EFFECTS (具有能量吸收作用的外部拉伸結(jié)構(gòu)構(gòu)件)”的美國臨時專利申請N0.61449485的在35U.S.C § 119(e)下的權(quán)益，該美國臨時專利申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文。
[0003]關(guān)于聯(lián)邦權(quán)利的聲明
[0004]本發(fā)明在由美國能源部授予的合同N0.DE-AC52-06NA25396下通過政府支持完成。政府對本發(fā)明具有一定權(quán)利。
【技術(shù)領域】
[0005]實施方式涉及結(jié)構(gòu)構(gòu)件，并且更具體地但不排他地涉及單位質(zhì)量承載能力增強的三維結(jié)構(gòu)構(gòu)件。實施方式還涉及用于三維結(jié)構(gòu)構(gòu)件的接頭和緊固件。實施方式還涉及制造三維結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方法。
【背景技術(shù)】
[0006]在民用、機械和 航天領域中對有效結(jié)構(gòu)的追求被持續(xù)進行。有效的桁架結(jié)構(gòu)是具有高強度重量比和/或高剛度重量比的結(jié)構(gòu)。有效的桁架結(jié)構(gòu)也能被描述為相對便宜、易于制造和組裝并且不會浪費材料的結(jié)構(gòu)。
[0007]桁架是設計成支撐負荷的通常靜止的、被完全約束的結(jié)構(gòu)。它們包括連接至位于每個構(gòu)件的端部處的接頭的直構(gòu)件。這些構(gòu)件是具有沿著構(gòu)件引導的力的二力構(gòu)件。二力構(gòu)件僅能產(chǎn)生繞構(gòu)件中的支點的軸向力，諸如張力和壓縮力。桁架常常用于橋梁和建筑物的構(gòu)造中。桁架被設計成承載作用在其平面中的負荷。因此，桁架常常作為二維結(jié)構(gòu)被處理和分析。最簡單的二維桁架包括在它們的端部處接合以形成三角形的三個構(gòu)件。通過將兩個構(gòu)件連續(xù)地附加至簡單的結(jié)構(gòu)和新接頭，可以獲得較大的結(jié)構(gòu)。
[0008]最簡單的三維桁架包括在它們的端部處接合以形成四面體的六個構(gòu)件。通過將三個構(gòu)件連續(xù)地附加到四面體和新的接頭，可以獲得較大的結(jié)構(gòu)。該三維結(jié)構(gòu)已知為空間桁架。
[0009]如與桁架相反，框架通常也是靜止的、完全約束的結(jié)構(gòu)，但是具有帶不沿著構(gòu)件被引導的力的至少一個多力構(gòu)件。機器是包含移動部件的結(jié)構(gòu)并且被設計成傳送和改變力。機器像框架一樣包含至少一個多力構(gòu)件。多力構(gòu)件不僅能產(chǎn)生張力和壓縮力，而且還產(chǎn)生剪切和彎曲。
[0010]常規(guī)的結(jié)構(gòu)設計已被限制于抵抗單負荷類型的一維或二維分析。例如，工字梁被優(yōu)化以抵抗彎曲并且管被優(yōu)化以抵抗扭轉(zhuǎn)。將設計分析限制于二維簡化了設計過程但是忽視了組合加載。三維分析由于概念化和計算三維負荷和結(jié)構(gòu)的困難而是困難的。事實上，許多結(jié)構(gòu)必須能夠抵抗多種載荷?，F(xiàn)在利用計算機來模擬更復雜的結(jié)構(gòu)。
[0011]高級的復合結(jié)構(gòu)在過去20年來已經(jīng)用于許多類型的應用。典型的高級復合材料包括利用連續(xù)高強度、高剛度取向的纖維增強的基質(zhì)。纖維能被取向成獲得在期望的方向上和平面中的有利的強度和剛度。適當設計的復合結(jié)構(gòu)具有優(yōu)于相似的金屬結(jié)構(gòu)的若干優(yōu)點。復合材料可以具有顯著更高的強度重量比和剛度重量比，因此得到較輕的結(jié)構(gòu)。已經(jīng)使用諸如長絲纏繞的制造方法來形成比可以由金屬制造的結(jié)構(gòu)快得多的結(jié)構(gòu)，諸如箱或柱。復合材料由于制造靈活性的優(yōu)點而通常能取代幾個金屬部件。
[0012]需要研制出抵抗屈曲并且吸收能量的單位質(zhì)量承載能力增強的一種或多種結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及由其制成的結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]根據(jù)一方面，提供了一種單位質(zhì)量承載能力增強的能量吸收結(jié)構(gòu)構(gòu)件。所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括:形成為期望形狀的骨架的材料條；設置在所述材料條的側(cè)面上的間隔開的凹口 ；以及抗拉材料，該抗拉材料繞所述骨架被編織成期望的織物并且被放置在所述凹口中。
[0014]根據(jù)另一方面，提供了一種單位質(zhì)量承載能力增強的能量吸收結(jié)構(gòu)構(gòu)件。所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括:長形骨架結(jié)構(gòu)，該長形骨架結(jié)構(gòu)包括多個材料條，其中所述多個條沿著或繞著所述骨架結(jié)構(gòu)的共用中心軸線縱向地接合在一起并且具有相對于該同用中心軸線間隔開的長遠邊；以及間隔開的凹口，這些凹口設置在所述材料條上，以錨固待繞所述骨架結(jié)構(gòu)被編織成期望的織物的抗拉材料。
[0015]根據(jù)又另一方面，提供了一種接合結(jié)構(gòu)。所述接合結(jié)構(gòu)包括單位質(zhì)量承載能力增強的至少兩個鄰接的能量吸收結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及將所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件接合在一起的至少一個接頭部件，其中每個結(jié)構(gòu)構(gòu)件均包括:長形骨架結(jié)構(gòu)，該長形骨架結(jié)構(gòu)包括多個材料條，其中所述多個條沿著或繞著所述骨架結(jié)構(gòu)的共用中心軸線縱向地接合在一起，并且所述多個條的縱向遠邊相對于所述共用中心軸線間隔開；設置在所述材料條上的間隔開的凹口 ；以及抗拉材料，該抗拉材料繞所述骨架結(jié)構(gòu)被編織成期望的織物并且被放置在所述凹口中。
[0016]根據(jù)又另一方面，提供了一種制造單位質(zhì)量承載能力增強的能量吸收結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方法。所述方法包括:將材料條形成為期望形狀的骨架結(jié)構(gòu)；在所述條的側(cè)面上設置凹口 ；將抗拉材料放置在所述凹口中；以及繞所述骨架將所述抗拉材料編織成期望的織物。
[0017]根據(jù)又另一方面，提供了一種用于組裝接合結(jié)構(gòu)的成套部件。所述成套部件包括:一對前述的能量吸收結(jié)構(gòu)構(gòu)件；至少一個抗壓縮構(gòu)件，這至少一個抗壓縮構(gòu)件用于固定地安置在一對長形骨架結(jié)構(gòu)的接合端部的大致對準的凹槽中并且將大致對準的所述凹槽接合，其中，所述長形骨架結(jié)構(gòu)的端部具有互補輪廓并且每個凹槽均由每個骨架結(jié)構(gòu)的端部的相鄰條形成；以及用于繞所述骨架結(jié)構(gòu)的鄰接端部編織或纏繞的抗拉材料，其中，在組裝時，所述長形骨架結(jié)構(gòu)的端部由至少一個抗壓縮構(gòu)件以及所述抗拉材料形成的織物以期望的接合角度接合在一起。
[0018]根據(jù)又另一方面，提供了一種用于組裝接合結(jié)構(gòu)的成套部件。所述成套部件包括:一對前述的能量吸收結(jié)構(gòu)構(gòu)件；用于將所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的長側(cè)面覆蓋接合在一起的至少一個構(gòu)型連接板；以及用于將所述連接板緊固至構(gòu)件的鄰近長側(cè)面的多個緊固件，其中，在組裝時，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件由將所述至少一個連接板緊固至鄰接的結(jié)構(gòu)構(gòu)件側(cè)面的所述緊固件接合
在一起。
[0019]根據(jù)又另一方面，提供一種將至少兩個結(jié)構(gòu)構(gòu)件接合在一起的方法。所述方法包括提供單位質(zhì)量承載能力增強的一對前面提及的能量吸收結(jié)構(gòu)構(gòu)件并且利用至少一個接頭部件將所述一對結(jié)構(gòu)構(gòu)件接合在一起。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1示出了在結(jié)構(gòu)構(gòu)件經(jīng)歷任何加載之前的該結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實施方式；
[0021]圖2A至圖2C示出了雖然已承受了骨架破壞但仍由織物和芯部保持緊密接近的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的各種實施方式；
[0022]圖3A至圖3C示出了芯部破壞之后的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的各種實施方式；
[0023]圖4示出了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實施方式的剖視圖；
[0024]圖5A和圖5B是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實施方式的局部側(cè)視圖，示出了凹口的細節(jié)和用來將織物粘附至骨架的粘合劑；
[0025]圖6示出了在碳纖維復合實心管上進行的試驗的結(jié)果；
[0026]圖7示出了在Brockwell結(jié)構(gòu)的一個實施方式上進行的試驗的結(jié)果，未經(jīng)編織的樣品在壓縮區(qū)域中借助正弦波形狀在視覺上證明了能量吸收的多節(jié)點模式；
[0027]圖8示出了在結(jié)構(gòu)的實施方式上進行的試驗的結(jié)果；
[0028]圖9A至圖9D示出了對結(jié)構(gòu)的不同實施方式與管進行比較的附加的試驗結(jié)果；
[0029]圖1OA至圖1OD示出了針對管和結(jié)構(gòu)的不同實施方式所選擇的機械參數(shù)的匯總；
[0030]圖11示出了示例性結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一部分的立體端視圖，示出了根據(jù)一個實施方式的嵌入的中央芯部、骨架結(jié)構(gòu)和放置在凹口中的織物；
[0031]圖12是根據(jù)另一實施方式的示例性結(jié)構(gòu)構(gòu)件的局部側(cè)視圖，其中繩沿著條的遠邊延伸以抵抗凹口破壞傳播；
[0032]圖13是根據(jù)又另一實施方式的示例性結(jié)構(gòu)構(gòu)件的立體圖；
[0033]圖14是根據(jù)又另一實施方式的示例性結(jié)構(gòu)構(gòu)件的局部立體端視圖；
[0034]圖15A至圖15E示出了根據(jù)一個實施方式的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的示例性永久接合連接的構(gòu)造的不同階段；
[0035]圖15F至圖15G示出了根據(jù)另一實施方式的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的示例性橫向快速接合連接的構(gòu)造的不同階段；
[0036]圖16A示出了以可滑動的方式安裝在根據(jù)一個實施方式的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的外部的示例性橫向滑動接頭的立體俯視圖；
[0037]圖16B示出了圖16A的示例性橫向滑動接頭的立體后視圖；
[0038]圖17A示出了根據(jù)一個實施方式的用于成型骨架結(jié)構(gòu)的處于閉合構(gòu)造的示例性模具的剖視圖；
[0039]圖17B示出了根據(jù)一個實施方式的處于敞開構(gòu)造的圖17A的模具的剖視圖；
[0040]圖17C示出了根據(jù)一個實施方式的模具的剖視圖，示出了圖17B中所示的、處于敞開構(gòu)造的成型段是如何被擠壓在一起的；
[0041]圖17D示出了處于敞開構(gòu)造的模具的剖視圖，其中成型段從圖17C中所示的成型構(gòu)造向外移動以釋放所形成的骨架結(jié)構(gòu)；以及
[0042]圖18A至圖18D示出了根據(jù)一個實施方式的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的示例性T形接頭連接的構(gòu)造的不同階段。[0043]附圖標記列表[0044]1、中央芯部[0045]2、骨架[0046]3、凹口[0047]4、拉伸織物[0048]5、縱向繩[0049]6、凹口之間的間隔[0050]7、骨架材料/質(zhì)量的移除[0051]8、高密度/阻燃泡沫填料[0052]9、收縮性覆膜或所涂敷的其他外部涂層[0053]10、保護性骨架外皮[0054]11、損害骨架構(gòu)件[0055]12、結(jié)合劑(CA或其他粘合劑)[0056]13、能量吸收的多節(jié)點模式。在編織樣品中轉(zhuǎn)變到較高頻率[0057]14、抗壓縮樹脂接頭構(gòu)件[0058]15、成形接頭內(nèi)的嵌入翼梁[0059]16、橫向加強翼梁(X2)[0060]17、抗拉綁索[0061]18、模具橫截面[0062]19、快速接頭橫向板/相異材料[0063]20、用于緊固的捕獲織物的V型螺母和螺栓[0064]21、V型槽線性滑動接頭[0065]22、特氟綸抗摩擦護套[0066]23、用于V型槽滑動接頭的U型框架[0067]24、骨架上的栓系捆緊效果[0068]25、碳纖維或其他[0069]26、凱夫拉爾纖維或其他[0070]27、Zylon或其他[0071]28、骨架涂層、鍍鋁聚酯薄膜或其他[0072]29、接合板[0073]30、V型輪廓捕獲螺母[0074]31、緊固螺栓[0075]32、將捕獲螺母插入織物中[0076]33、用于骨架交叉的互補切口[0077]34、暴露的骨架V型輪廓[0078]35、骨架的遠邊[0079]36、材料條【具體實施方式】[0080]在下列描述中，為了說明而非限制目的，闡述了具體細節(jié)，諸如【具體實施方式】、過程、技術(shù)等，以便提供對本發(fā)明的全面理解。然而，對于本領域技術(shù)人員來說顯然的是，本發(fā)明可以以脫離這些具體細節(jié)的其他實施方式來實施。
[0081]本申請中所述的技術(shù)特征能用來構(gòu)造能量吸收結(jié)構(gòu)構(gòu)件(在下文也被稱為 ^Brockwell結(jié)構(gòu)”)的各種實施方式。
[0082]在一個提議中，單位質(zhì)量承載能力增強的能量吸收結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有形成為期望形狀的骨架的材料條。在材料條的側(cè)面上設置間隔開的凹口。抗拉材料繞骨架被編織成期望的織物并且被放置在凹口中。
[0083]通過提供位于材料條的側(cè)面上的間隔開的凹口以及繞骨架結(jié)構(gòu)被編織成期望的織物的抗拉材料，該結(jié)構(gòu)抗屈曲并且吸收能量。輕質(zhì)且高強度的結(jié)構(gòu)可提供避免災難性破壞的能力。
[0084]在另一示例中，單位質(zhì)量承載能力增強的能量吸收結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有包括多個材料條的長形骨架結(jié)構(gòu)。所述多個條沿著或繞著所述骨架結(jié)構(gòu)的共用中心軸線縱向接合在一起并且具有相對于共用中心軸線間隔開的長遠邊。在材料條上設置間隔開的凹口以錨固待繞骨架結(jié)構(gòu)編織成期望的織物的抗拉材料。
[0085]在又另一提議中，接合結(jié)構(gòu)包括由本文所述的一個或多個實施方式的一個或多個接頭部件接合在一起的一個或多個實施方式的結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的至少兩個結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
[0086]在又另一提議中，提供了制造單位質(zhì)量承載能力增強的能量吸收結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方法，其中材料條形成為期望形狀的骨架結(jié)構(gòu)。在所述條的側(cè)面上設置凹口。抗拉材料被放置在所述凹口中并且繞所述骨架被編織成期望的織物。
[0087]在又另一提議中，成套部件被設置用于組裝本文所述的實施方式的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
[0088]在又另一提議中，成套部件被設置用于組裝本文所述的實施方式的接合結(jié)構(gòu)。
[0089]在一個提議中，前述成套部件中的一個或多個部件與用于指示使用者如何組裝這些部件的合適的媒體上承載的指令一起被設置在盒中。
[0090]現(xiàn)在將參照附圖，在這些附圖中，實施方式的各個元件將被給予附圖標記并且將結(jié)合附圖討論實施方式，從而使得本領域技術(shù)人員能夠制造并使用本發(fā)明。
[0091]對部件、過程步驟和其他元件的具體說明并不旨在進行限制。此外，要理解的是， 當參照另選圖時，相同的部件具有相同的附圖標記。將進一步注意的是，附圖是示意性的并且提供為用于引導有技術(shù)的讀者并且不必按比例繪制。而且，各種繪圖比例尺、長寬比以及圖中所示的部件的數(shù)量可以被有意變形以使某些特征或關(guān)系更容易理解。
[0092]附圖中的圖1至圖5B描繪了 Brockwell結(jié)構(gòu)的實施方式。該結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有包括多個材料條36的長形骨架結(jié)構(gòu)2。在這些圖中，長形骨架結(jié)構(gòu)是直長度構(gòu)件，但是在其他示例中，長形骨架結(jié)構(gòu)可以是彎曲長度構(gòu)件，或者甚至是環(huán)形構(gòu)件。多個條36沿著或繞著共用中心軸線縱向接合在一起并且具有相對于共用中心軸線間隔開的長遠邊35。每個條均是具有圓形切口的平面條，但在其他實施方式中一個或多個條可以具有帶有或不帶有切口的其他輪廓。
[0093]在圖1至圖5B的示例中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有4個平面條36，這4個平面條相等地間隔開而使得骨架結(jié)構(gòu)具有十字形橫截面。條的數(shù)量和/或骨架結(jié)構(gòu)橫截面在其他實施方式中可以是不同的。舉例來說，構(gòu)件可以具有布置成具有Y形橫截面的骨架結(jié)構(gòu)的3個平面條，或者構(gòu)件可以具有布置成具有T形橫截面的骨架結(jié)構(gòu)的2、3或4個條等。
[0094]在材料條36上設置間隔開的凹口 3。如圖5A和圖5B中最佳示出的，凹口 3沿著條的遠邊35間隔開。在其他實施方式中，凹口可以設置在條的其他位置中。凹口 3作為用于抗拉材料4的錨固點，該抗拉材料4放置在凹口中并且繞骨架結(jié)構(gòu)被編織成期望的織物。 該織物被預拉伸并且凹進成與條的遠邊35齊平或位于該條的遠邊內(nèi)。然而，在其他實施方式中，織物可以突出超過遠邊并且不需要被預拉伸。在圖1至圖5B中所示的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的示例中，抗破壞傳播材料的中央芯部I嵌入骨架結(jié)構(gòu)2中并且沿著共用中心軸線延伸。在縱向延伸的條中也形成有破壞傳播材料5。結(jié)合劑或其他粘結(jié)劑12將織物4粘結(jié)至凹口 3。 結(jié)合劑12幫助防止織物4滑動并且借助其他錨固點和中央芯部I將應力分配在整個結(jié)構(gòu)構(gòu)件梁上。在另一實施方式中，結(jié)合劑被省除。
[0095]如下面將更詳細地說明的，條材料和織物抗拉材料被選擇成提供期望的能量吸收和承載能力特性。在圖1至圖5B的示例中，每個材料條均是剛性的彈性材料，在該具體情況下，為樹脂預浸碳纖維，但是也可以設想到其他材料，諸如但不限于可回收利用或不可回收利用的塑料或玻璃。條和所形成的骨架結(jié)構(gòu)能由借助負荷保持其形狀的任何材料制成。雖然能夠顯示壓縮特性和拉伸特性的材料條對于結(jié)構(gòu)構(gòu)件更有益，但是在其他實施方式中， 也可以設想僅顯示壓縮或拉伸的材料。
[0096]織物抗拉材料4是凱夫拉爾纖維但是也可以設想到其他抗拉材料，例如Zylon。結(jié)合劑12可以例如是氰基丙烯酸鹽膠粘劑或者環(huán)氧樹脂。中央芯部I由Zylon制成，但是可以采用另選的抗破壞傳播材料?？蛊茐膫鞑ピ?也可以是Zylon或其他抗拉材料。中央芯部I可以是取決于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的期望特性的拉伸材料或松弛材料。在其他實施方式中，中央芯部I可以被省除。
[0097]由碳管和碳棒制成的接頭由于機械固定裝置和膠粘劑的使用而傾向于變?nèi)酢．敳牧掀屏褧r，它們傾向于以猛烈方式變?nèi)酰@導致這些部件的分離和完全破壞。如本文上面所述的，一個實施方式的結(jié)構(gòu)由每單位質(zhì)量超輕和超強的梁和纖維兩者制成的建筑材料。另外它們具有下列特性:
[0098]?輕質(zhì)
[0099]?比管結(jié)構(gòu)具有更好的能量吸收性
[0100]?與相似質(zhì)量的管一樣的標`準化抗彎剛度(剛性)
[0101]?通過限制在較高頻率模式下發(fā)生屈曲而具有較高的屈曲負載
[0102]表1中示出了 Brockwell結(jié)構(gòu)與常規(guī)建筑材料的比較
[0103]
【權(quán)利要求】
1.一種單位質(zhì)量承載能力增強的能量吸收結(jié)構(gòu)構(gòu)件，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括:形成為期望形狀的骨架的壓縮材料條；設置在所述壓縮材料條的側(cè)面上的間隔開的凹口 ；以及抗拉材料，該抗拉材料繞所述骨架被編織成期望的織物并且被放置在所述凹口中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中，所述壓縮材料是碳纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中，所述抗拉材料是凱夫拉爾纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，該結(jié)構(gòu)構(gòu)件還包括由Zylon制成的內(nèi)部繩形成的嵌入芯部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中，所述織物的圖案根據(jù)結(jié)構(gòu)需要而變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中，所述織物的角度在0°至180°之間變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，該結(jié)構(gòu)構(gòu)件還包括被插入芯部中的高密度泡沫填料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，該結(jié)構(gòu)構(gòu)件還包括位于該結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的涂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中，所述涂層是抗紫外線的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中，所述涂層包含金屬。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中，防止了完全災難性破壞。
12.—種單位質(zhì)量承載能力增強的能量吸收結(jié)構(gòu)構(gòu)件，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括:` 長形骨架結(jié)構(gòu)，該長形骨架結(jié)構(gòu)包括多個材料條，其中這多個材料條沿著或繞著所述骨架結(jié)構(gòu)的共用中心軸線縱向接合在一起并且具有相對于所述共用中心軸線間隔開的長遠邊；以及 間隔開的凹口，這些凹口被設置在所述材料條上，以錨固待繞所述骨架結(jié)構(gòu)被編織成期望的織物的抗拉材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，該結(jié)構(gòu)構(gòu)件還包括繞所述骨架結(jié)構(gòu)被編織成期望的所述織物并且被放置在所述凹口中的所述抗拉材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中，所述材料條包括由剛硬的彈性材料制成的條。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，該結(jié)構(gòu)構(gòu)件還包括由抗破壞傳播材料制成的中央芯部，所述中央芯部被嵌入所述骨架結(jié)構(gòu)中并且沿著所述共用中心軸線延伸。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件是多層復合材料結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中所述條的材料、所述嵌入芯部的材料和所述織物的材料被選擇為提供多重加載階段的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中，所述嵌入的中央芯部包括由抗拉材料制成的嵌入芯部。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，該結(jié)構(gòu)構(gòu)件還包括將所述織物粘合到所述凹口的結(jié)合劑。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中，所述凹口沿著所述條的遠邊間隔開。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中，放置在所述凹口中的所述織物被凹進成與所述條的所述遠邊齊平或位于所述條的所述遠邊內(nèi)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中，在所述條中靠近所述凹口形成有抗破壞傳播材料，以抵抗凹口破壞的傳播。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中，所述抗破壞傳播材料包括抗拉材料。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中，所述嵌入的中央芯部是張緊的或是松弛的。
24.根據(jù)權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中，所述織物的抗拉材料包括凱夫拉爾纖維。
25.根據(jù)權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中，所述織物的抗拉材料被預拉伸。
26.根據(jù)權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中，所述材料條包括由碳纖維、玻璃或塑料制成的條。
27.根據(jù)權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中，所述骨架結(jié)構(gòu)具有從包括X形、十字形、T形和Y形的橫截面組中選擇的橫截面。
28.根據(jù)權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，該結(jié)構(gòu)構(gòu)件還包括長形通道，在該長形通道中用于承載液壓部件、氣動部件和/或電動部件。
29.根據(jù)權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，該結(jié)構(gòu)構(gòu)件還包括插入這些條之間的高密度耐火泡沫填料。
30.一種接合結(jié)構(gòu)，所述接合結(jié)構(gòu)包括: 單位質(zhì)量承載能力增強的至少兩個鄰接的能量吸收結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的每個結(jié)構(gòu)構(gòu)件均包括:包括多個材料條的長形骨架結(jié)構(gòu)，其中所述多個條沿著或者繞著所述骨架結(jié)構(gòu)的共用中心軸線縱向接合在一起，并且所述多個條的縱向遠邊相對于所述共用中心軸線間隔開；設置在所述材料條上的間隔開的凹口 ；以及抗拉材料，該抗拉材料繞所述骨架結(jié)構(gòu)被編織成期望的織 物并且被放置在所述凹口中；以及 將所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件接合在一起的至少一個接頭部件。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的接合結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個接頭部件包括將所述骨架結(jié)構(gòu)的鄰接部分緊固在一起的至少一個抗壓縮/抗拉伸構(gòu)件。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的接合結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個接頭部件包括繞所述骨架結(jié)構(gòu)的鄰接部分編織或纏繞的抗拉材料。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的接合結(jié)構(gòu)，其中，繞所述鄰接部分編織或纏繞的所述抗拉材料設置在一樹脂件中。
34.根據(jù)權(quán)利要求30所述的接合結(jié)構(gòu)，其中，所述長形骨架結(jié)構(gòu)中的一個長形骨架結(jié)構(gòu)的端部接合到所述長形骨架結(jié)構(gòu)中的另一個長形骨架結(jié)構(gòu)的端部，所述骨架結(jié)構(gòu)的接合端部具有互補輪廓，并且由一個骨架結(jié)構(gòu)的接合端部的相鄰條形成的至少一個凹槽與由另一個骨架結(jié)構(gòu)的接合端部的相鄰條形成的至少一個凹槽大致對準。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的接合結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個接頭部件包括抗壓縮構(gòu)件，所述抗壓縮構(gòu)件固定地安置在大致對準的所述凹槽中并且將大致對準的所述凹槽接合在一起。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的接合結(jié)構(gòu)，該接合結(jié)構(gòu)還包括至少一個接頭抗壓縮樹脂構(gòu)件，這至少一個接頭抗壓縮樹脂構(gòu)件設置在由接合在一起的所述骨架結(jié)構(gòu)的端部凹槽形成的至少一個內(nèi)角部中。
37.根據(jù)權(quán)利要求30所述的接合結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個接合部件包括覆蓋至少一對鄰接構(gòu)件長側(cè)面的構(gòu)型連接板以及將該連接板緊固至所述鄰接構(gòu)件長側(cè)面的多個緊固件。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的接合結(jié)構(gòu)，其中，所述緊固件包括與相應的第二緊固件部件匹配的第一緊固件部件，所述第二緊固件部件在所述鄰接構(gòu)件長側(cè)面中的每個長側(cè)面上被保持在形成于相鄰條之間的凹槽中。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的接合結(jié)構(gòu)，其中，所述第二緊固件部件和所述凹槽具有互補輪廓，其中所述第二緊固件被覆蓋所述凹槽的所述織物保持安置在所述凹槽中并且所述板覆蓋所述織物。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的接合結(jié)構(gòu)，其中，每個第一緊固件均包括螺釘或螺栓，每個第二緊固件均包括相應的螺母，并且每個螺釘或螺栓均被接收在形成于所述板中的相應通孔中并且被旋擰或栓接至由所述織物捕獲在所述凹槽中的所述相應的螺母，以使得所述板將所述骨架結(jié)構(gòu)的長側(cè)面連接在一起。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的接合結(jié)構(gòu)，其中，所述凹槽是V型輪廓凹槽，所述螺母是V型輪廓螺母，并且所述V型輪廓螺母裝配到所述凹槽中，從而防止所述螺母在所述V型凹槽中旋轉(zhuǎn)。
42.根據(jù)權(quán)利要求37所述的接合結(jié)構(gòu)，其中，所述板由所述緊固件以可釋放的方式緊固至所述長側(cè)面。
43.根據(jù)權(quán)利要求37所述的接合結(jié)構(gòu)，其中，所述連接板和鄰接的所述長側(cè)面大致共面。
44.根據(jù)權(quán)利要求30所述的接合結(jié)構(gòu)，其中，所述材料包括碳纖維。
45.根據(jù)權(quán)利要求32所述的接合結(jié)構(gòu)，其中，繞接合部分編織的所述拉伸材料包括凱夫拉爾纖維。
46.根據(jù)權(quán)利要求30所`述的接合結(jié)構(gòu)，其中，所述骨架結(jié)構(gòu)中的每個骨架結(jié)構(gòu)還包括沿著所述共用中心軸線延伸的由抗破壞傳播材料制成的嵌入的中央芯部。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的接合結(jié)構(gòu)，其中，所述嵌入的中央芯部包括由抗拉材料制成的嵌入芯部。
48.根據(jù)權(quán)利要求30所述的接合結(jié)構(gòu)，其中，該接合結(jié)構(gòu)還包括將所述織物粘合至所述凹口的結(jié)合劑。
49.根據(jù)權(quán)利要求30所述的接合結(jié)構(gòu)，其中，放置在所述凹口中的所述織物被凹進成與所述條的遠邊齊平或位于所述條的遠邊內(nèi)。
50.根據(jù)權(quán)利要求30所述的接合結(jié)構(gòu)，其中，在所述條中靠近所述凹口形成有抗拉材料，以抵抗凹口破壞的傳播。
51.一種制造單位質(zhì)量承載能力增強的能量吸收結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方法，該方法包括: 將材料條形成為期望形狀的骨架結(jié)構(gòu)； 在所述條的側(cè)面上設置凹口； 將抗拉材料放置在所述凹口中；以及 繞所述骨架將所述抗拉材料編織成期望的織物。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，該方法還包括在所述骨架結(jié)構(gòu)中嵌入由抗拉材料制成的芯部。
53.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，該方法還包括涂敷結(jié)合劑以將所述織物粘附至所述凹口。
54.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其中，在所述條的側(cè)面上設置凹口的步驟包括對所述條的遠邊進行開口，使得待被放置在所述凹口中的抗拉材料與所述遠邊齊平或者凹進在所述遠邊內(nèi)。
55.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，該方法還包括在所述條中靠近所述凹口形成抗拉材料，以抵抗凹口破壞的傳播。
56.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其中，將材料條形成為期望形狀的骨架結(jié)構(gòu)的步驟包括將碳纖維條形成期望形狀的所述骨架結(jié)構(gòu)。
57.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其中，將材料條形成為期望形狀的骨架構(gòu)件的步驟包括: 將材料成型為沿著或繞著共用中心軸線縱向接合在一起的條，其中所述條的長遠邊相對于所述共用中心軸線間隔開。
58.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其中成型所述材料包括: 將一定長度的材料供給到敞模中，該敞模具有多個長形模具段，這多個長形模具段以矩陣的方式并排地縱向布置并且繞著中心共用軸線彼此間隔開； 將所述多個長形段朝著所述中心共用軸線向內(nèi)一起移動以將所述材料成形為沿著或繞著所述共用中心軸線縱向接合在一起的條，其中所述條的長遠邊相對于所述共用中心軸線間隔開； 固化所述材料； 移開所述多個長形段以打開所述模具；` 從所述敞模移除所述骨架構(gòu)件。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，其中，供給一定長度的材料的步驟包括: 對于每個模具段，提供橫截面與成型段的成型表面的輪廓互補的相關(guān)聯(lián)的長形纖維材料層；并且 將所述相關(guān)聯(lián)的長形層的組一起縱向嵌套在所述模具內(nèi)以與相應的所述模具段成型表面對準。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中，所述長形模具段具有L形內(nèi)輪廓表面并且縱向布置成2X2矩陣；所述長形層具有L形橫截面；并且所述期望形狀的骨架具有十字形橫截面。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的方法，其中，所述纖維材料包括預浸潰碳纖維。
62.根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，該方法還包括將由抗拉材料制成的繩放置在所述敞模中而與嵌套材料層相鄰并且與形成在所述模具段中的互補凹槽對準。
63.一種用于組裝接合結(jié)構(gòu)的成套部件，所述成套部件包括: 一對單位質(zhì)量承載能力增強的能量吸收結(jié)構(gòu)構(gòu)件，每個結(jié)構(gòu)構(gòu)件均包括:具有多個材料條的長形骨架結(jié)構(gòu)，其中所述多個條沿著或繞著所述骨架結(jié)構(gòu)的共用中心軸線縱向接合在一起并且具有相對于所述共用中心軸線間隔開的長遠邊；設置在所述材料條上的間隔開的凹口；以及抗拉材料，該抗拉材料繞所述骨架結(jié)構(gòu)被編織成期望的織物并且被放置在所述凹口中； 至少一個抗壓縮構(gòu)件，這至少一個抗壓縮構(gòu)件用于固定地安置在一對所述長形骨架結(jié)構(gòu)的接合端部的大致對準的凹槽中并且將大致對準的所述凹槽接合，其中，所述長形骨架結(jié)構(gòu)的端部具有互補輪廓并且每個凹槽均由每個骨架結(jié)構(gòu)的端部的相鄰條形成；以及 用于繞所述骨架結(jié)構(gòu)的鄰接端部編織或纏繞的抗拉材料， 其中，在組裝時，所述長形骨架結(jié)構(gòu)的端部由所述至少一個抗壓縮構(gòu)件以及所述抗拉材料形成的織物以期望的接合角度接合在一起。
64.根據(jù)權(quán)利要求62所述成套部件，該成套部件還包括抗壓縮樹脂件，所述抗壓縮樹脂件用于將所述至少一個抗壓縮構(gòu)件設置在由接合在一起的所述骨架結(jié)構(gòu)的端部凹槽形成的角部內(nèi)。
65.一種用于組裝接合結(jié)構(gòu)的成套部件，所述成套部件包括: 一對單位質(zhì)量承載能力增強的能量吸收結(jié)構(gòu)構(gòu)件，每個結(jié)構(gòu)構(gòu)件均包括:具有多個材料條的長形骨架結(jié)構(gòu)，其中所述多個條沿著或繞著所述骨架結(jié)構(gòu)的共用中心軸線縱向接合在一起并且具有相對于所述共用中心軸線間隔開的長遠邊；設置在所述材料條上的間隔開的凹口 ；以及抗拉材料，所述抗拉材料繞所述骨架結(jié)構(gòu)被編織成期望的織物并且被放置在所述凹口中； 用于將所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的長側(cè)面覆蓋接合在一起的至少一個構(gòu)型連接板；以及 用于將所述連接板緊固至所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的鄰接的所述長側(cè)面的多個緊固件， 其中，在組裝時，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件由將所述至少一個連接板緊固至鄰接的結(jié)構(gòu)構(gòu)件側(cè)面的所述緊固件接合在一起。
66.—種將至少兩個結(jié)構(gòu)構(gòu)件接合在一起的方法，所述方法包括: 提供單位質(zhì)量承載能力增強的一對能量吸收結(jié)構(gòu)構(gòu)件，每個結(jié)構(gòu)構(gòu)件均包括:具有多個材料條的長形骨架結(jié)構(gòu)，`其中所述多個條沿著或繞著所述骨架結(jié)構(gòu)的共用中心軸線縱向接合在一起并且具有相對于所述共用中心軸線間隔開的長遠邊；設置在所述材料條上的間隔開的凹口 ；以及抗拉材料，所述抗拉材料繞所述骨架結(jié)構(gòu)被編織成期望的織物并且被放置在所述凹口中； 利用至少一個接合部件將所述一對結(jié)構(gòu)構(gòu)件接合在一起。
【文檔編號】E04C3/02GK103518025SQ201280021468
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月4日
【發(fā)明者】M·I·布羅克韋爾 申請人:M·I·布羅克韋爾