專利名稱：等代桁架結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及牢固且重量輕的三維構(gòu)件。更具體來說，本發(fā)明涉及具有多個圍繞一軸線纏繞的螺旋件，每個螺旋件具有在螺旋構(gòu)造中端部對端部連接的直段。
背景技術(shù)：
在民用、機械、航空及運動領(lǐng)域中對有效結(jié)構(gòu)的追求是持久不斷的探索。有效的桁架結(jié)構(gòu)是一種具有高的強度-重量比和/或高的剛度-重量比的結(jié)構(gòu)。有效的桁架結(jié)構(gòu)也可以描述為相對較低成本、易于制造及組裝及不浪費材料的結(jié)構(gòu)。
桁架一般是靜止的、完全受約束的用于支承載荷的結(jié)構(gòu)。它們由直構(gòu)件構(gòu)成，這些直構(gòu)件在每個構(gòu)件的端部相連。這些構(gòu)件是兩力構(gòu)件，力是沿著構(gòu)件的方向的。兩力構(gòu)件在構(gòu)件中只能產(chǎn)生軸向力如拉力和壓力。桁架常常應(yīng)用在橋梁及建筑物的結(jié)構(gòu)中。桁架用于承受在桁架平面內(nèi)作用的載荷。因此，桁架往往作為兩維結(jié)構(gòu)來處理和分析。最簡單的桁架由三個構(gòu)件構(gòu)成，這些構(gòu)件在其端部連接而形成三角形。通過在這種簡單結(jié)構(gòu)上相連增加兩個構(gòu)件和一個新的接頭，可以得到較大的結(jié)構(gòu)。
最簡單的三維桁架由端部連接而形成四面體的六個構(gòu)件構(gòu)成。通過在四面體上相繼增加三個構(gòu)件和一個新接頭，可以得到較大的結(jié)構(gòu)。這種三維結(jié)構(gòu)稱為空間桁架。
與桁架相反，框架一般也是靜止的、完全受約束的結(jié)構(gòu)，但是具有至少一個多力構(gòu)件，受一個不沿該構(gòu)件指向的力。機器是含有運動零件的結(jié)構(gòu)，用于傳遞和改變力。象框架那樣，機器含有至少一個多力構(gòu)件。多力構(gòu)件不僅可以產(chǎn)生拉力和壓力，而且也可產(chǎn)生剪切和彎曲。
傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計一直被限制于抵抗單一載荷型的一維或兩維分析。例如工字梁被最佳化以抵抗彎曲，管子被最佳化以抵抗扭轉(zhuǎn)。將設(shè)計分折限制于兩維可以簡化設(shè)計過程，但忽略了綜合載荷。三維分析是困難的，這是由于難于概念化及計算三維載荷和結(jié)構(gòu)的緣故。事實上，許多結(jié)構(gòu)必須抵抗復(fù)式載荷?，F(xiàn)在利用計算機來模擬較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
人們已經(jīng)認(rèn)識到研制一種具有改善的性能特征如強度、減輕重量等是更為有利的。
本發(fā)明提供一種三維結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，它包括1)至少兩個間隔開來的螺旋件，以及2)至少一個連接于兩個螺旋件的反向螺旋件。螺旋件和反向螺旋件具有共用的縱軸線，但是圍繞軸線的角度取向相反。
另外，每個螺旋件及反向螺旋件最好包括至少四個長的直段，這些直段在螺旋構(gòu)造中端部對端部地剛性連接，形成一個圍繞軸線的單一的、基本完整的轉(zhuǎn)動。因此，螺旋件和反向螺旋件構(gòu)成一個第一方形橫截面。在一個方面中，這種結(jié)構(gòu)包括四個螺旋件和四個反向螺旋件。
另外，這種等代桁架(iso-truss)結(jié)構(gòu)可以包括1)被轉(zhuǎn)動的螺旋件；以及2)被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件，其類似于上述螺旋件和反向螺旋件，但相對于它們轉(zhuǎn)動。因此，被轉(zhuǎn)動的螺旋件和被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件構(gòu)成一個相對于第一方形橫截面轉(zhuǎn)動的第二方形橫截面。在一個方面中，這種結(jié)構(gòu)包括四個被轉(zhuǎn)動的螺旋件和四個被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件，總數(shù)為16個螺旋件。
各螺旋件在節(jié)點和內(nèi)節(jié)點上相交、在一個方面中，旋旋件形成8個內(nèi)節(jié)點和8個外節(jié)點。縱向或軸向件可平行軸線延伸，相交于內(nèi)和/或外節(jié)點。在一個方面中，這種結(jié)構(gòu)包括8個外節(jié)點。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種8節(jié)點結(jié)構(gòu)具有意料不到的結(jié)構(gòu)或性能特征。
按照本發(fā)明的一個方面，這種結(jié)構(gòu)還可以包括連接于螺旋件一端的一個端板，以便將螺旋件連接于另一物體。在一個方面中，螺旋件可由纖維線形成，纖維線可以圍繞端板纏繞。端板可以包括一個周邊，周邊上帶有多個接納纖維線的凹部。
按照本發(fā)明的另一方面，這種結(jié)構(gòu)還可包括一個安裝在螺旋件和直段上的連接件，以便將其它物體安裝在螺旋件和直段上。該連接件可以包括一個穿過由螺旋件形成的三角形開口的三角形橫截面。
按照本發(fā)明的另一個方面，螺旋件和反向螺旋件間可形成一個大于大約60°的角。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種角具有意料不到的結(jié)構(gòu)或性能特征。
按照本發(fā)明的另一個方面，螺旋件和反向螺旋件可以在軸向上和/或側(cè)向上是撓性的，但是，具有抗扭剛度。這種結(jié)構(gòu)可以在直的第一位置和弓形的第二位置之間彎曲，在第一位置上，軸線基本是直的，在第二位置上，軸線基本呈弓形。另外，這種結(jié)構(gòu)在縱向上可壓縮和膨脹，在任一情形中，該結(jié)構(gòu)可儲存能量，因而用作一個彈性件。
按照本發(fā)明的另一個方面，這種結(jié)構(gòu)可以是弓形的，螺旋件可繞一弓形軸線形成。因此，弓形結(jié)構(gòu)可以形成比單一直線結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，更好地適用于特定應(yīng)用場合。
按照本發(fā)明的另一個方面，每個螺旋件的各段可沿軸線相繼減小長度，使構(gòu)件逐漸變細(xì)。因此，這種錐形結(jié)構(gòu)可形成比單一直線結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的形狀，更好地適用于特定應(yīng)用場合。
按照本發(fā)明的另一個方面，這種等代桁架結(jié)構(gòu)可用于固定指示牌、公用線路或燈具。這種等代桁架結(jié)構(gòu)還可用作自行車框架、飛機和船舶構(gòu)件等。
按照本發(fā)明用于形成等代桁架結(jié)構(gòu)的方法可以包括圍繞一心軸纏繞纖維以便形成兩個螺旋件和一個反向螺旋件。一種基質(zhì)或樹脂可加在纖維上并被硬化。心軸可從結(jié)構(gòu)去除。
心軸可以包括設(shè)置在其上的多個頭部，以便接納和固定纖維。心軸可以是一種自崩式或可瓦解的心軸。
現(xiàn)在對照下述附圖，以舉例方式詳細(xì)描述本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點。


圖1是按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的立體圖；圖2是圖1的等代桁架結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；
圖3是圖1的等代桁架結(jié)構(gòu)的局部立體圖，圖4是圖1的等代桁架結(jié)構(gòu)的端視圖；圖5a-5t是圖1的等代桁架結(jié)構(gòu)的局部立體圖，表示本發(fā)明的螺旋件；圖6是按照本發(fā)明的另一種等代桁架結(jié)構(gòu)的立體圖；圖7是圖6的等代桁架結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖8是圖6的等代桁架結(jié)構(gòu)的端視圖；圖9a和9b的曲線圖表示按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的性能；圖10a是圖1的等代桁架結(jié)構(gòu)的端視圖；圖10b是圖1的等代桁架結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖10c是圖6的另一個等代桁架結(jié)構(gòu)的端視圖；圖10d是圖6的另一個等代桁架結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖10e是另一個等代桁架結(jié)構(gòu)的端視圖；圖10f是圖10e的另一個等代桁架結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖11a是現(xiàn)有技術(shù)的等代桁架結(jié)構(gòu)的端視圖；圖11b是圖11a的等代桁架結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖11c是現(xiàn)有技術(shù)的等代桁架結(jié)構(gòu)的端視圖；圖11d是圖11c的等代桁架結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖11e是現(xiàn)有技術(shù)的等代桁架結(jié)構(gòu)的端視圖；圖11f是圖11e的等代桁架結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖12a是按照本發(fā)明的端板的立體圖；圖12b是圖10a的端板的端視圖；圖13是本發(fā)明的斜板的端視圖；圖14a是另一端板的頂視圖；圖14b是圖14a的端板的側(cè)剖圖；圖14c是圖14a的端板的局部剖視圖；圖15是固定在一個等代桁架結(jié)構(gòu)上的按照本發(fā)明的另一端板的側(cè)視圖；圖16是圖15的端板的頂視圖；圖17a是按照本發(fā)明的端部連接的立體圖；
圖17b是圖17a與等代桁架結(jié)構(gòu)的端部連接的頂視圖；圖18a是按照本發(fā)明的端部連接的立體圖；圖18b是圖18a的與等代桁架結(jié)構(gòu)的端部連接的底視圖；圖19a是按照本發(fā)明的端部連接的立體圖；圖19b是圖19a的與等代桁架結(jié)構(gòu)的端部連接的底視圖；圖20a是按照本發(fā)明的與等代桁架結(jié)構(gòu)的端部連接的立體圖；圖20b是圖20a的端部連接的側(cè)視圖；圖21a是按照本發(fā)明的與等代桁架結(jié)構(gòu)的端部連接的立體圖；圖21b是圖21a的端部連接的頂視圖；圖22a是按照本發(fā)明的端部連接的立體圖；圖22b是圖22a的端部連接的頂視圖；圖23是按照本發(fā)明的連接的立體圖；圖24a是按照本發(fā)明的連接的立體圖；圖24b是圖24a的安裝兩個等代桁架結(jié)構(gòu)的連接的局部立體圖；圖25a是按照本發(fā)明的另一種連接的立體圖；圖26是按照本發(fā)明的安裝件的立體圖；圖27是帶有圖26的安裝件的等代桁架結(jié)構(gòu)的立體圖；圖28a是按照本發(fā)明的帶有外殼的等代桁架結(jié)構(gòu)的立體圖；圖28b是圖28a的外殼的立體圖；圖29是圖26的安裝件的立體圖；圖30是帶有安裝件支承平臺的等代桁架結(jié)構(gòu)的立體圖；圖31是帶有另一種安裝件結(jié)構(gòu)的等代桁架結(jié)構(gòu)的立體圖；圖32是安裝在按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)上的平構(gòu)件的側(cè)視圖；圖33是安裝在按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)上的平構(gòu)件的立體圖；圖34a是安裝在按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)上的平構(gòu)件的側(cè)視圖；圖34b是圖34a的平構(gòu)件的端視圖；圖35是平構(gòu)件在按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)上的安裝的端視圖；圖36是平構(gòu)件在按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)上的安裝的端視圖；圖37a是在按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)上的安裝的頂視圖；
圖37b是圖37a的安裝的立體圖；圖38a是按照本發(fā)明的錐形等代桁架結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖38b是本發(fā)明的錐形等代桁架結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖39是彎曲形狀的按照本發(fā)明的撓性等代桁架結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖40a是按照本發(fā)明的傾斜等代桁架結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖40b是按照本發(fā)明的另一種傾斜等代桁架結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖41是按照本發(fā)明的彎曲等代桁架結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖42是按照本發(fā)明的圓形等代桁架結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖43是按照本發(fā)明的彎曲角形等代桁架結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖44是按照本發(fā)明的另一種彎曲角形等代桁架結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖45是按照本發(fā)明的另一種等代桁架結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖46是按照本發(fā)明的編織套(braided sock)的詳細(xì)的立體圖；圖47是按照本發(fā)明的整體連接器的側(cè)視圖；圖48是按照本發(fā)明的另一種整體連接器的側(cè)視圖；圖49是按照本發(fā)明的另一種整體連接器的側(cè)視圖；圖50和51是按照本發(fā)明的聯(lián)合連接器(union connector)的側(cè)視圖；圖52是按照本發(fā)明的肘節(jié)連接器的側(cè)視圖；圖53和54是按照本發(fā)明的T形連接器的側(cè)視圖；圖55是按照本發(fā)明的十字連接器的側(cè)視圖；圖56是按照本發(fā)明的另一種連接器的側(cè)視圖；圖57和58是按照本發(fā)明的其它安裝的示意分解圖；圖59是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的標(biāo)志牌的側(cè)視圖；圖60是另一種采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的標(biāo)志牌的側(cè)視圖；圖61是另一種采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的標(biāo)志牌的側(cè)視圖；圖62和63是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的公用桿的側(cè)視圖；圖64是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的燈桿的側(cè)視圖；圖65-74是帶有按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的框架的自行車的側(cè)視圖；
圖75是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的自行車框架的分解圖；圖76是圖78的自行車框架的立體77是用于形成按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的心軸的側(cè)視圖；圖78是用于形成按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的心軸頭部的立體圖；圖79是用于形成按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的自崩式心軸的立體圖；圖80是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的支承件；圖81是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的籃球架的側(cè)視圖；圖82是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的背包的側(cè)視圖；圖83是帶有采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的桅桿或支架的船舶的立體圖；圖84是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的橋梁的側(cè)視圖；圖85是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的石油平臺的側(cè)視圖；圖86是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的石油平臺的側(cè)視圖；圖87是采用于按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的潛水艇的橫截面圖；圖88是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的導(dǎo)彈或火箭的立體圖；圖89a是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的飛機的立體圖；圖89b是圖89a的飛機的橫截面圖；圖90是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的立體圖；圖91是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的水塔的側(cè)視圖；圖92是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的屋頂系統(tǒng)的局部側(cè)視圖；圖93是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的皮船(kayak)的剖開的側(cè)視圖；圖94是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的火箭的部分剖開的側(cè)視圖；圖95是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的人造礁石的側(cè)視圖；圖96是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的驅(qū)動軸的局部側(cè)視圖；圖97是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的減震器的側(cè)視圖；圖98是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的撓性接頭的側(cè)視圖；
圖99是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的壓力容器或罐的橫截面圖；圖100是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的齒輪系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖101a和b是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的沖擊阻擋物的側(cè)視圖；圖102a和b是采用按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的沖擊阻擋物的橫截面圖；圖103a-c是按照本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)的端視圖。
具體實施例方式
為了便于理解本發(fā)明的原理，現(xiàn)在參閱附圖所示的實施例，為了對其進(jìn)行說明，使用特定的語言，但顯然這并不是想對本發(fā)明的范圍作任何限定。本專業(yè)技術(shù)人員對所述發(fā)明特征的任何改變和進(jìn)一步修改，以及對所述發(fā)明原理的任何附加應(yīng)用都應(yīng)看作屬于本發(fā)明范圍以內(nèi)。改進(jìn)的等代桁架結(jié)構(gòu)等代桁架結(jié)構(gòu)的一些基本特征在1999年7月13日發(fā)布的美國專利第5,921,048號中描述，在本發(fā)明中用作參考。如圖1-5所示，按照本發(fā)明的一種改進(jìn)的等代桁架結(jié)構(gòu)的總體標(biāo)號為10。等代桁架結(jié)構(gòu)10的推薦實施例的結(jié)構(gòu)和幾何形狀可以用多種方式進(jìn)行描述。等代桁架結(jié)構(gòu)10包括多個沿結(jié)構(gòu)10的縱軸線長度以重復(fù)的模式布置的元件或構(gòu)件12。結(jié)構(gòu)10可以被概念化和描述為多個圍繞縱軸線14纏繞的螺旋件20。每個螺旋件20包括多個按照螺旋結(jié)構(gòu)端部對端部連接的直段22。
在一個方面中，每個螺旋件20最好包括至少四個直段22，它們構(gòu)成圍繞軸線14的基本完整一轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)沿軸線14看去時，四個直段22構(gòu)成一個正方形，即，具有一個正方形橫載面形狀，如圖4所示，螺旋件20可以無限延續(xù)，形成任意數(shù)目的直段22。直段22的方向與軸線14成一個角度。直段22在端部最好剛性地連接于相鄰的即接續(xù)的直段。
在一個方面中，等代桁架結(jié)構(gòu)10的基本結(jié)構(gòu)包括1)至少兩個螺旋件30和32，以及2)至少一個反向螺旋件34，都是圍繞軸線14纏繞的。在另一個方面中，基本的結(jié)構(gòu)10包括1)四個螺旋件30，32，36和38，以及2)四個反向螺旋件34，40，42和44。螺旋件30和32沿一個方向如順時針方向圍繞軸線14纏繞，而反向螺旋件沿相反的方向如逆時針方向圍繞軸線14纏繞。螺旋件30和32及其直段22具有共同的角取向和共同的軸線14。反向螺旋件34及其直段具有與螺旋件30和32類似的螺旋結(jié)構(gòu)，但具有相反的角取向。當(dāng)從軸線14的端部看去時(圖4)，基本的結(jié)構(gòu)10看起來象正方形橫載面的假想管狀件。
現(xiàn)在參閱圖5a-5v，為清楚起見，各個螺旋件是單獨地加在結(jié)構(gòu)10上的。在圖5a中表示第一個螺旋件。直段22限定一個方管50，如虛線所示。如圖5a所示，方管50包括底、頂、左、右側(cè)面或平面。第一螺旋件30包括在左平面中的第一直段52；在頂平面中的第二直段54；在右平面中的第三直段56；及在底平面中的第四直段58。螺旋件30可以延續(xù)有更多的直段。螺旋件30的四個直段22構(gòu)成圍繞軸線14的一整轉(zhuǎn)。現(xiàn)在參閱圖5b-5d，這些圖中分別以粗線表示第二、第三和第四螺旋直段32、36和38。
現(xiàn)在參閱圖5e，圖中以粗線表示第一反向螺旋件34。第一反向螺旋件34包括在左平面中的第一直段60；在底平面中的第二直段62；在右平面中的第三直段64；及在頂平面中的第四直段66。反向螺旋件34可以延續(xù)有更多直段。反向螺旋件34的四個直段22構(gòu)成圍繞軸線14的一整轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在參閱圖5f-5h，圖中分別用粗線表示第二、第三和第四反向螺旋件40，42和44。
現(xiàn)在參閱圖5i，圖中突出表示全部螺旋件30，32，36和38。類似地，圖5i突出表示全部反向螺旋件34、40、42和44。圖5h突出表示全部在頂和右平面中的螺旋件。
現(xiàn)在參閱圖5l，在上述等代桁架結(jié)構(gòu)10的基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，等代桁架結(jié)構(gòu)有利地包括一個增強基本結(jié)構(gòu)，增設(shè)1)被轉(zhuǎn)動螺旋件，以及2)反向被轉(zhuǎn)動螺旋件。被轉(zhuǎn)動螺旋件類似于螺旋件，但是相對于螺旋件被轉(zhuǎn)動。同樣，反向被轉(zhuǎn)動螺旋件類似于反向螺旋件，但是相對于反向螺旋件被轉(zhuǎn)動。被轉(zhuǎn)動螺旋件和被轉(zhuǎn)動反向螺旋件當(dāng)沿軸線14看去(圖4)時也構(gòu)成一個正方形，該正方形相對于由螺旋件30和32反向螺旋件34構(gòu)成的正方形被轉(zhuǎn)動。
現(xiàn)在參閱圖5l-5u，為了清楚起見，在結(jié)構(gòu)10上單獨地增加各轉(zhuǎn)動螺旋件，而未畫螺旋件和反向螺旋件。圖5l中表示第一被轉(zhuǎn)動螺旋件80。直段22限定一方管82，如虛線所示。如圖5l所示，方管82包括朝前、朝后、朝上、朝下的側(cè)面或平面。第一螺旋件80包括在朝前平面中的第一直段84；在朝下表面中的第二直段86；在朝后表面中的第三直段88；以及在朝上表面中的第四直段90。被轉(zhuǎn)動的螺旋件80可延續(xù)有更多的直段。被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件98的四個直段22構(gòu)成圍繞軸線14的一整轉(zhuǎn)。現(xiàn)在參閱圖5q-5s，第二、第三和第四被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件110，112和114分別用粗線表示，在圖5v中表示所有的構(gòu)件。
現(xiàn)在再次參閱圖1-5，等代桁架結(jié)構(gòu)10具有多個螺旋件20，包括1)四個螺旋件30、32、36和38；2)四個反向螺旋件34、40、42和44；3)四個被轉(zhuǎn)動的螺旋件80、92、94和96；以及4)四個被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件98、110、112和114。因此，結(jié)構(gòu)10總共有十六個螺旋件20。
如上所述，螺旋件30，32，36和38的直段22具有共同的角度取向，共同的軸線14，并彼此等距分開。同樣，反向螺旋件34，40，42和44的直段具有共同的角度取向，共同的軸線14，并彼此等矩分開。但是，反向螺旋件34，40，42和44的直段具有與螺旋件30，32，36和38的直段的角度取向相反的角度取向。另外，當(dāng)從端部或軸線14看去時，這種結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)為正方形橫截面的假想管狀件，如圖4所示。
與螺旋件30，32，36和38一樣，被轉(zhuǎn)動的螺旋件80，92，94和96的直段具有共同的角度取向，共同的軸線14，并彼此等距分開。與反向螺旋件34，40，42和44一樣，被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件98，110，112和114具有共同的角度取同，共同的軸線14，并彼此等距分開。但是，被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件98，110，112和114的直段具有與被轉(zhuǎn)動的螺旋件80，92，94和96的直段的角度取向相反的角度取向。
被轉(zhuǎn)動的螺旋件80，92，94和96和被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件98，110，112和114相對于螺旋件30，32，36和38及反向螺旋件34，40，42和44被轉(zhuǎn)動。換言之，當(dāng)從端部或軸線14看去時，這種結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)為正方形橫截面的假想管狀件，但是相對于由螺旋件和反向螺旋件形成的假想管狀件被轉(zhuǎn)動，如圖4所示。螺旋件、反向螺旋件、被轉(zhuǎn)動的螺旋件和被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件一起，當(dāng)從軸線14看去時，呈現(xiàn)為具有八角星形橫截面的假想管狀件，如圖4所示。
兩個或多個單一的構(gòu)件12在接合部120相連或相交(圖4)。構(gòu)件12在接合部120可以剛性連接、撓性連接或只是相交。在相交的構(gòu)件12連接處形成節(jié)點。在相交構(gòu)件12在結(jié)構(gòu)10的周邊會合處形成外部節(jié)點，如圖4所示，在相交構(gòu)件12在結(jié)構(gòu)10內(nèi)部會合處形成內(nèi)部節(jié)點，如圖4所示。等代桁架結(jié)構(gòu)10根據(jù)其八個外部節(jié)點可以稱為八節(jié)點構(gòu)造，如圖4所示。
一個凹灣128(圖1和2)是由在縱軸線14的方向上重復(fù)的單元或模式形成的。凹灣128含有由構(gòu)件12形成的單一模式。結(jié)構(gòu)10可以包括任意數(shù)目的凹灣128。另外，凹灣128的長度可以變化。
四面體的兩個相應(yīng)構(gòu)件形成的一個平面和相同四面體的反向構(gòu)件形成的一個平面構(gòu)成一個內(nèi)角130(圖3)。
重復(fù)的模式可以描述為多個三角形或四面體。三角形和四面體是各種尺寸的，較小的三角形和四面體散布在較大的三角形和四面體之間。
結(jié)構(gòu)10可以被概念化為兩個假想正方形橫截面的管狀件彼此重疊成八角星形狀橫截面的一個假想管，如圖4所示?；蛘撸?dāng)從端部或縱軸線14看去時，結(jié)構(gòu)10呈現(xiàn)多個三角形的外觀，這些三角形與軸線14間隔開來，圍繞周界取向，形成在結(jié)構(gòu)10內(nèi)部中的一個多面體橫截面的假想管狀件。在推薦實施例的情形中，八個三角形圍繞縱軸線間隔開來，形成在結(jié)構(gòu)10內(nèi)部中的八角形橫載面的假想管狀件。
另外，當(dāng)從端部或軸線14看去時，可以限定與軸線14平行的八個平面。這些平面在八角星形構(gòu)造中在特定的外節(jié)點122之間延伸。這些平面圍繞軸線14以45°間隔取向。
另外，在一個凹灣128內(nèi)形成一種據(jù)信具有很強結(jié)構(gòu)性能的三角形柵格的環(huán)。該三角形柵格的環(huán)圍繞著凹灣中心內(nèi)的結(jié)構(gòu)10的內(nèi)部，如圖4所示。據(jù)信，這種強度是由于較大數(shù)目的連接的緣故。
螺旋件30，32，36和38在外節(jié)點122與反向螺旋件34，40，42和44相交。同樣，被轉(zhuǎn)動的螺旋件80，92，94和96在外節(jié)點122與被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件98，110，112和114相交。
螺旋件30，32，46和38在內(nèi)節(jié)點124與被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件98，110，112和114在內(nèi)節(jié)點124相交。同樣，被轉(zhuǎn)動的螺旋件34，40，42和44在內(nèi)節(jié)點124與反向螺旋件80，92，94和96相交。
螺旋件30、32、36和38與被轉(zhuǎn)動的螺旋件80，92，94和96并不相交。同樣，反向螺旋件36，40，42和44與被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件98，110，112和114并不相交。
除了多個螺旋件外，結(jié)構(gòu)10也可具有八個內(nèi)部軸向構(gòu)件132(圖2和4)，這些內(nèi)部軸向構(gòu)件位于結(jié)構(gòu)10的內(nèi)部中，在內(nèi)節(jié)點120相交于多個螺旋構(gòu)件20。軸向構(gòu)件132平行于縱軸線14。
外和內(nèi)節(jié)點122和124可以形成剛性連接，或者說構(gòu)件可以剛性地連接在一起。另外，軸向構(gòu)件132在內(nèi)節(jié)點124可剛性連接于構(gòu)件。這些構(gòu)件可以用復(fù)合材料制成。結(jié)構(gòu)10的螺旋形構(gòu)造使其特別適于組合結(jié)構(gòu)。當(dāng)各構(gòu)件的纖維彼此重疊時，這些構(gòu)件被連在一起。纖維隨著構(gòu)件的螺旋形構(gòu)造圍繞心軸以螺旋形模式纏繞，這將在下文中詳述。這樣，由于構(gòu)件各部分是由連續(xù)的纖維來構(gòu)成的，因而有高的強度。構(gòu)件或螺旋件可以是在基質(zhì)中如在熱固性基質(zhì)(環(huán)氧樹脂、乙烯基酯等)中，甚至在熱塑性基質(zhì)(聚酯、聚丙烯、PVC等)中的纖維，如玻璃、碳、硼、玄武巖或凱夫拉爾(芳族聚酰胺)纖維。另外，在樹脂或基質(zhì)中可以包括添加劑如UV保護(hù)劑、化學(xué)排斥劑(chemical repellents)。
或者，結(jié)構(gòu)10也可由任何適當(dāng)材料如木材、金屬、塑料或陶瓷等構(gòu)成。構(gòu)件的各部分可以由預(yù)制件在節(jié)點122連接起來構(gòu)成。連接件具有凹槽以接納構(gòu)件。凹槽被定向以獲得結(jié)構(gòu)10需要的幾何形狀。
據(jù)信，結(jié)構(gòu)10的復(fù)式對稱及高度重復(fù)的性質(zhì)可提供吸引人的、有效的、抗破損的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)10的三維構(gòu)造可提供對局部彎曲的實在抵抗。結(jié)構(gòu)10具有穩(wěn)定的幾何形狀，各構(gòu)件在圍繞中央空腔的相反方向上，以分段直線方式呈螺旋形。螺旋形和縱向構(gòu)件反復(fù)交織，得到高度重復(fù)和穩(wěn)定的構(gòu)造。
另外，結(jié)構(gòu)10可利用在主載荷路徑上連續(xù)纖維的機械性質(zhì)。載荷通過束段傳至交叉點，在交叉點通過其它束段彌散。每個構(gòu)件主要承載軸向載荷，充分利用連續(xù)纖維加強的復(fù)合物的固有強度和剛性。螺旋構(gòu)件主要承載扭轉(zhuǎn)和橫向剪切載荷，使縱向構(gòu)件穩(wěn)定以抵抗彎曲或軸向壓縮負(fù)載時的彎曲，而縱向構(gòu)件主要承載軸向和彎曲載荷，使螺旋形構(gòu)件穩(wěn)定，以抵抗在扭轉(zhuǎn)或橫向剪切中負(fù)載時的彎曲?？v向和螺旋形構(gòu)件在接合部或節(jié)點的復(fù)式交織可形成強的互鎖機構(gòu)，可形成這種相互依賴的三維穩(wěn)定性。
另外，結(jié)構(gòu)10的高度重復(fù)的性質(zhì)使其可非常耐受破損。除去一個構(gòu)件只導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的很小的變劣。實際上，除去一個完整的節(jié)點減少有效性能的大約1/N，其中N代表在一個橫截面中的節(jié)點數(shù)目。這種耐受破損性能提供了超過傳統(tǒng)薄殼結(jié)構(gòu)的重大性能優(yōu)點。
復(fù)合等代桁架結(jié)構(gòu)的失效典型地顯示比在先進(jìn)的復(fù)合結(jié)構(gòu)中一般觀察到的更有延展性的總體性能。雖然對極限載荷的最初反應(yīng)仍是線彈性的，但是在損壞開始后的性能基本是非線性的。比較來說，這種非線性一般包括每次通過一個節(jié)點的構(gòu)件失效時載荷大致下降1/N。在彎曲中，失效較少延展，這是由于載荷集中在較少構(gòu)件上。
在一種載荷類型下失效的開始，在另一方向負(fù)載時，只引起強度的微小下降，不過剛度會受到更大的負(fù)面影響。另外，主要載荷承載構(gòu)件的失效，對次要載荷承載構(gòu)件抵抗簡單載荷的能力影響很小或沒有影響。在比較中一個凹灣的失效對結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)性能影響很小，不過相應(yīng)韌性下降。換言之，主要構(gòu)件的局部失效對次要構(gòu)件的性能影響很小。
從上述結(jié)構(gòu)10的基本構(gòu)造可有幾種替代構(gòu)造，附加某些附加構(gòu)件?，F(xiàn)在參閱圖6-8，外部軸向構(gòu)件140也可以設(shè)置在結(jié)構(gòu)10的周邊上，在外節(jié)點122相交于多個螺旋構(gòu)件20。軸向構(gòu)件140平行于縱軸線14。另外，在垂直于縱軸線14的平面中的節(jié)點122之間，圍繞周邊可設(shè)置周邊構(gòu)件144。當(dāng)從軸線14看去時，周邊構(gòu)件144構(gòu)成多面體，如圖8所示。
在相對于縱軸線14的對角線上的節(jié)點122之間，圍繞結(jié)構(gòu)10的周邊可設(shè)置周邊構(gòu)件144。這些對角線周邊構(gòu)件可以由圍繞多個螺旋件20的周邊纏繞的附加螺旋件的直段構(gòu)成。對角線周邊構(gòu)件可在相鄰節(jié)點122之間延伸，或延伸至交錯的節(jié)點122。這樣的周邊構(gòu)件可構(gòu)成圍繞第一個的另一個等代桁架結(jié)構(gòu)，即，雙等代桁架結(jié)構(gòu)。這種構(gòu)造形成一種相對較光滑的外表面或支承結(jié)構(gòu)，這可以簡化用于美化結(jié)構(gòu)的外皮的施加。雙等代桁架結(jié)構(gòu)也提供了增加的單位重量剛性。
如上所述，本發(fā)明的改進(jìn)的等代桁架結(jié)構(gòu)最好包括十六個螺旋件，每個螺旋件包括四個圍繞軸線14成一整轉(zhuǎn)的直段，以使構(gòu)成正方形橫截面，可稱為八節(jié)點結(jié)構(gòu)。在圖10a-f和11a-11f中并排比較了八節(jié)點構(gòu)造和六節(jié)點構(gòu)造。八節(jié)點結(jié)構(gòu)10表示在圖10a和10b中，而六節(jié)點結(jié)構(gòu)表示在圖11a和11b中。
為此外部軸向構(gòu)件140和周邊構(gòu)件144已添加在圖10c和10d中的八節(jié)點結(jié)構(gòu)上和圖11c和11d中的六節(jié)點結(jié)構(gòu)上。如上所述，外部軸向構(gòu)件140和周邊構(gòu)件144可構(gòu)成圍繞第一個的另一個等代桁架結(jié)構(gòu)，即，雙等代桁架結(jié)構(gòu)。內(nèi)部軸向構(gòu)件已經(jīng)從圖10e和10f所示的八節(jié)點結(jié)構(gòu)及圖11e和11f所示的六節(jié)點結(jié)構(gòu)除去。
八節(jié)點構(gòu)造導(dǎo)致一種具有平行側(cè)面的結(jié)構(gòu)10，這使結(jié)構(gòu)更方正，更適于需要方形幾何形狀的應(yīng)用場合。例如，八節(jié)點構(gòu)造更適合裝在箱體內(nèi)，這是由于它有平行和垂直的側(cè)面，更適用于許多內(nèi)加勁應(yīng)用場合，在這樣的場合結(jié)構(gòu)的尺寸是受限制的。
另外，節(jié)點數(shù)目的增加，也使每個螺旋件的相鄰段或構(gòu)件之間的角度增加。顯然，在六節(jié)點構(gòu)造中，每個螺旋件具有構(gòu)成一整轉(zhuǎn)的三個直段或構(gòu)件，即，三角形，在相鄰段或構(gòu)件之間形成相對較小的角。這樣的銳角起到應(yīng)力集中點的作用，可能引起失效。但是，對于八節(jié)點構(gòu)造來說，每個螺旋件具有形成基本一整轉(zhuǎn)的四個直段或構(gòu)件，即，正方形，角相對較大，這可減少應(yīng)力和失效。另外，節(jié)點可以更為倒圓，進(jìn)一步減小應(yīng)力集中。八節(jié)點構(gòu)造帶有較大的角，有利于倒圓節(jié)點，從而減小應(yīng)力集中。
另外，八節(jié)點構(gòu)造具有更多的作為總橫截面積的百分比的無阻礙內(nèi)部空間(自由容積)，比六節(jié)點構(gòu)造能夠更容易地制造，及產(chǎn)生更多的用于非結(jié)構(gòu)性目的的內(nèi)部容積。性能特征現(xiàn)在參閱圖9a-9f，圖中表示相對于其它構(gòu)造的本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)10的性能。如上所述，本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)10包括八個外節(jié)點，可稱為八節(jié)點結(jié)構(gòu)。另外，本發(fā)明的等代桁架結(jié)構(gòu)10包括十六個螺旋件，每個螺旋件包括四個構(gòu)成圍繞軸線14一整轉(zhuǎn)的直段，構(gòu)成正方形橫載面。美國專利第5,921,048號公開的一種基本結(jié)構(gòu)只包括十二個螺旋件，每個螺旋件只有三個形成三角形橫截面的直段，因而只包括六個外節(jié)點。圖10a-f和11a-11f并排比較了八節(jié)點和六節(jié)點構(gòu)造。
現(xiàn)在參閱圖9a，圖中表示各種構(gòu)造的抗彎強度。具體來說，表示了具有六、八、九和十二個節(jié)點的幾種結(jié)構(gòu)的抗彎強度。從圖中可以看出，八節(jié)點結(jié)構(gòu)具有顯著增加抗彎強度的驚人的和使人意料不到的效果?，F(xiàn)在參閱圖9b，圖中表示具有各種節(jié)點數(shù)目的結(jié)構(gòu)構(gòu)造的抗扭強度。從圖中可再次看出，八節(jié)點結(jié)構(gòu)10具有顯著增加結(jié)構(gòu)10的抗扭強度的驚人的和使人意料不到的效果。當(dāng)將節(jié)點數(shù)目增加得超過八個時，雖然可增加抗彎強度和抗扭強度，但是，這種增加卻不象從六個增至八個節(jié)點時那么顯著。角度構(gòu)造現(xiàn)在再次參閱圖2和3，在螺旋件30和反向螺旋件34或其直段之間形成一個角130。該角應(yīng)大于或等于45°；推薦大于60°；最好大于或等于75°?，F(xiàn)在再次參閱圖9a，可以看出，當(dāng)螺旋件30和反向螺旋件34之間的角130增加時，抗彎強度驚人地、出人意料地增加一個顯著的量。同樣，在圖9b中可以看出，當(dāng)角130為75°時，結(jié)構(gòu)10的抗扭強度也驚人地、出人意料地增加一個顯著的量?？古ば阅芩坪踉诮?30約為90°時最大。
從圖中可以看出，結(jié)構(gòu)的彎曲和軸向(抗拉)性能隨角130增加而改善。但是，其它性能如縱向彎曲和扭轉(zhuǎn)性能似乎隨著該角的增加而降低。管狀復(fù)合結(jié)構(gòu)的一個問題是其抗彎性能不佳，即，它們太容易彎曲。但是，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，增加該角證明可獲得改善的、更強勁的彎曲性能。端部連接現(xiàn)在參閱圖12a和b，圖中表示一個用于將等代桁架結(jié)構(gòu)10連接于其它結(jié)構(gòu)或物體，和/或用于便利等代桁架結(jié)構(gòu)10的制造的端板120。端板120被裝在螺旋件20的一端，以便將螺旋件和結(jié)構(gòu)10連接于另一物體。端板120包括多個孔121，螺栓或類似物穿過這些孔可用來將端板120，從而將等代桁架結(jié)構(gòu)10固定在另一物體上。另外，端板120包括帶有多個凹部123a的周邊122。凹部123a可接納螺旋件和/或外部軸向構(gòu)件，或構(gòu)成螺旋件或外部軸向構(gòu)件的纖維束。例如，纖維束可通過凹部123a圍繞端板纏繞，使端板120與等代桁架結(jié)構(gòu)10形成整體，從而提供端板120和等代桁架結(jié)構(gòu)10之間的牢固連接。纖維束可穿過一個凹部123a，圍繞端板120，并返回穿過另一凹部123a。另外，端板120可包括一個中心孔124，在制造過程中一心軸可穿過該中心孔，這將在下文中詳述。還可以設(shè)置用于接納內(nèi)部軸向構(gòu)件132或構(gòu)成內(nèi)部軸向構(gòu)件的纖維束的凹部123b。
現(xiàn)在參閱圖13，為了相對于縱軸線14成一角度地連接于等代桁架結(jié)構(gòu)10可設(shè)置一個斜端板125。斜端板125在許多方向類似于端板120，只是斜端板在一個方向上呈長形以適應(yīng)它以一角度安裝。這種斜端板125可用于將兩個等代桁架結(jié)構(gòu)以一角度相連接。例如，斜端板125可構(gòu)制成以45°角連接于等代桁架結(jié)構(gòu)。因此，兩個等代桁架結(jié)構(gòu)可借助斜端板125相連，以便在其間形成90°角。
現(xiàn)在參閱圖14a-c，圖中表示另一端板126，其用于安裝在結(jié)構(gòu)10上，以便將結(jié)構(gòu)連接于另一物體。端板126包括一條用于接納結(jié)構(gòu)的槽127。槽127最好是八邊形的，以便接納結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。槽127可圍繞端板126靠近邊緣或周邊形成，從而產(chǎn)生一個周壁128。周壁128可開槽129，以便形成多個片或銷130，這些片或銷可為撓性的，向外彎曲以接納結(jié)構(gòu)，一旦接納了結(jié)構(gòu)便向內(nèi)彈回，使結(jié)構(gòu)“卡”在端板126和銷130之間的槽127內(nèi)。
在端板126或銷130上可形成其它的槽或凹部131，其位置和取向可在其內(nèi)接納結(jié)構(gòu)的各直段，使銷130圍繞各直段“咬住”，從而將結(jié)構(gòu)固定在端板126上。穿過銷130、槽127進(jìn)入端板126可形成孔132，以接納螺栓或螺釘，從而進(jìn)一步將結(jié)構(gòu)固定在槽127內(nèi)。孔132的位置使螺栓或螺釘圍繞各直段穿過結(jié)構(gòu)。這種構(gòu)造的優(yōu)點在于，可將結(jié)構(gòu)卡在端板中。
現(xiàn)在參閱圖15和16，圖中表示用于安裝在結(jié)構(gòu)10上的另一種端板136。多個U形螺栓或構(gòu)體137圍繞結(jié)構(gòu)10的各直段或節(jié)點延伸，并固定在端板136上，以便將結(jié)構(gòu)固定在端板上。U形螺栓或構(gòu)件137可以是斜的，使U形螺栓或構(gòu)件137徑向穿過結(jié)構(gòu)10。然后縱向或軸向轉(zhuǎn)向端板136。在端板136上可形成孔，以便接納螺栓或構(gòu)件137，螺栓或構(gòu)件可借助旋在其端部上的螺母而固定。如圖所示，螺栓或構(gòu)件137可設(shè)置在結(jié)構(gòu)10外面，或者可設(shè)置在內(nèi)部。另外，螺栓或構(gòu)件137可在節(jié)點122接合結(jié)構(gòu)10、接合螺旋構(gòu)件和外部軸向構(gòu)件140，這種構(gòu)造制造成本低廉。
現(xiàn)在參閱圖17a和b，圖中表示另一種端部連接器140，該端部連接器包括底座141，底座上帶有多個指銷142，所述指銷伸入結(jié)構(gòu)10中；并容納在形成于結(jié)構(gòu)10各直段間的開口內(nèi)。底座141可呈環(huán)形，指銷142圍繞環(huán)形底座141設(shè)置，縱向或軸向延伸。底座141的尺寸最好配合在直段或螺旋構(gòu)件之間的中央空腔或空間中。另外，連接器140最好還包括八個指銷142，伸入在結(jié)構(gòu)10的直段間形成的八個三角形開口或空隙。一個中央環(huán)143設(shè)置在中央空腔或空間內(nèi)，并借助緊固件144如螺栓連接在指銷142上。因此，中央環(huán)143和緊固件144將指銷142和底座141固定在結(jié)構(gòu)10上。其它物體可被固定在底座141上，以便將這些物體安裝在結(jié)構(gòu)10上。連接器140的構(gòu)造使底座141和指銷142能夠容易地滑入結(jié)構(gòu)的端部，并借助緊固件144連接于中央環(huán)143。另外，連接器140完全設(shè)置在結(jié)構(gòu)10的圓周或周邊以內(nèi)，因而連接器140不從其突出。指銷可以是撓性和彈性的，在緊固件緊固時向內(nèi)彎曲，夾緊結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在參閱圖18a和b，圖中表示一種類似的連接器146，其中使用一個C形夾式緊固件147以替代上述中央環(huán)143。另外，L形構(gòu)件148固定在指銷142上或從其突出，伸入中央空腔或空間。C形夾147圍繞L形構(gòu)件148的斜部，將其固定在一起，從而將指銷142和底座141固定在結(jié)構(gòu)10上，連接器146的這種構(gòu)造使指銷142能夠當(dāng)C形夾147被緊固時向著中心向內(nèi)彎曲。因此，指銷可夾緊結(jié)構(gòu)10。
現(xiàn)在參閱19a和b，圖中表示一種類似的連接器150，其中成對設(shè)置指銷142，或指銷成對連接。一個L形構(gòu)件151連接于每對指銷或從其伸向結(jié)構(gòu)10的中央空腔或空間。緊固件152如螺栓152將相對的L形構(gòu)件151連接在一起。緊固件152可被擰緊，向內(nèi)拉動L形構(gòu)件151，從而拉動指銷142。因此，指銷142可夾緊結(jié)構(gòu)10。
現(xiàn)在參閱圖20a和b，另一種端部連接器具有一個端板154，從端板軸向或縱向伸出多個指銷155。指銷155的尺寸、形狀及位置最好使其可伸入結(jié)構(gòu)10的直段之間的開口、因此，這種連接器最好包括八個具有三角形橫截面形狀的指銷155，滑動或完全配合在直段間的開口內(nèi)。另外，這種連接器包括一個圍繞結(jié)構(gòu)10的外部，最好圍繞一個窄部或內(nèi)節(jié)點設(shè)置的環(huán)構(gòu)件156。例如，借助緊固件連接指銷155和環(huán)構(gòu)件156，以便將底板154固定在結(jié)構(gòu)10上。指銷155可以具有用于接納環(huán)構(gòu)件156的槽或凹部，另外，環(huán)構(gòu)件156可以分段，即，由多于一件構(gòu)成，以便在一個窄部圍繞結(jié)構(gòu)10的外部設(shè)置環(huán)構(gòu)件156。
現(xiàn)在參閱圖21a和b，圖中表示一個類似的連接器，其中多個保持構(gòu)件157連接于指銷155，以便將結(jié)構(gòu)保持在指銷155和底板154上。指銷155可以包括槽、孔等以便接納保持構(gòu)件157。保持構(gòu)件157可以穿過指銷，以及結(jié)構(gòu)10的直段。因此，指銷155和底板155可以滑在結(jié)構(gòu)10的端部上，保持構(gòu)件穿過指銷和結(jié)構(gòu)10設(shè)置，以便將底板154固定在結(jié)構(gòu)上。
現(xiàn)在參閱圖22a和b，圖中表示另一種帶有底座161和多個指銷162的端部連接器160，底座161可以呈環(huán)形，其尺寸可圍繞結(jié)構(gòu)10的外部延伸。指銷162可從環(huán)形底座161向內(nèi)伸入結(jié)構(gòu)10的直段之間的空間內(nèi)。底座161最好呈八邊形，以便在其中接納結(jié)構(gòu)，并完全圍繞結(jié)構(gòu)10的圓周或外周。其它物體可通過連接于底座161而固定在結(jié)構(gòu)10的外部。
現(xiàn)在參閱圖23，圖中表示一種類似的端部連接器164，它帶有一個只部分地圍繞結(jié)構(gòu)10的圓周或外周的底座165。其它物體也是可通過連接于底座165而固定在結(jié)構(gòu)10上。
現(xiàn)在參閱圖24a和b，圖中表示另一種類型的端部連接器170，其用于最好以端部對端部的構(gòu)造而將兩個結(jié)構(gòu)10和171連接起來。這種連接器可用于將多個構(gòu)件10和171組裝成一個更大的結(jié)構(gòu)。連接器170包括相對的第一和第二端部172和173，它們可分別接合、連接于第一和第二結(jié)構(gòu)10和171。連接器170包括一個長的軸向構(gòu)件174，該軸向構(gòu)件構(gòu)制成沿結(jié)構(gòu)10和171的縱向或軸向延伸。軸向構(gòu)件174分成第一和第二部分，這兩部分可借助一個可調(diào)連接構(gòu)件175可調(diào)節(jié)地連接在一起。第一和第二部分的近端可設(shè)有螺紋，而連接構(gòu)件175可具有相對的接納所述近端的螺孔。因此，旋轉(zhuǎn)連接構(gòu)件175可將第一和第二部分拉在一起，還可將其分開。
端部172和173構(gòu)制成分別接合和連接于結(jié)構(gòu)10和171。每個端部172和173最好形成一個鉤狀構(gòu)造以便固定在結(jié)構(gòu)的直段上。端部172和173可以包括一個斜角U形構(gòu)件176，以便接合結(jié)構(gòu)的直段。因此，構(gòu)件176從所述端部向內(nèi)伸向結(jié)構(gòu)，然后縱向或軸向轉(zhuǎn)角以形成一個鉤。另外，U形構(gòu)件176可沿軸向構(gòu)件的任一側(cè)延伸。因此，U形構(gòu)件176能夠鉤在結(jié)構(gòu)上，通過轉(zhuǎn)動連接構(gòu)件175，將軸向構(gòu)件174的第一和第二部分拉在一起，以便將第一和節(jié)二結(jié)構(gòu)10和171拉在一起，形成一種固定或連接關(guān)系。
現(xiàn)在參閱圖25，圖中表示一個類似的連接件178，其中，在端部172和173上形成圈或環(huán)179，以便圍繞結(jié)構(gòu)10和171的直段。圈或環(huán)179可以由角U形構(gòu)件形成，該構(gòu)件的端部被接納在軸向構(gòu)件174的端部172和173上的托架中。中間連接除了在端部連接等代桁架結(jié)構(gòu)10以外，可能必須或需要在等代桁架結(jié)構(gòu)的中間部位安裝其它物體。現(xiàn)在參閱圖26，一個連接構(gòu)件180可以設(shè)置用于連接在等代桁架結(jié)構(gòu)的中間部位。連接構(gòu)件180可以具有三角形橫截面，或者一個部分具有三角形橫截面。因此，連接構(gòu)件180的三角形橫截面可穿過等代桁架結(jié)構(gòu)10和三角形開口中，如圖27所示。連接構(gòu)件180的三角形形狀最好與穿過結(jié)構(gòu)10的開口的尺寸和三角形形狀相匹配，以便形成滑動或牢固配合。在連接構(gòu)件中可形成多個用于接納螺旋件的槽182。因此，其它物體可連接于連接構(gòu)件，以便將物體連接于等代桁架結(jié)構(gòu)10。例如，一對連接構(gòu)件180可穿過結(jié)構(gòu)10，以便支承其它物體如用于支承公用線路等的線桿的橫向件。
現(xiàn)在參閱圖27，連接構(gòu)件180的端部可以具有在三角形橫截面中形成的凹部184，以例接納和便于緊固件185如螺栓的使用。凹部184為緊固件185形成一個平緣186。
如上所述，各種其它物體可以連接于結(jié)構(gòu)10或連接構(gòu)件180?，F(xiàn)在參閱圖28a和b，一個外殼190可以裝在結(jié)構(gòu)10上。外殼190可以用來保護(hù)結(jié)構(gòu)10，或用作平臺以便將其它物體裝在外殼190上，從而裝在結(jié)構(gòu)10上。外殼190可以具有任何適當(dāng)?shù)男螤?。外?90可以呈八邊形，即，具有八邊形橫截面，以便配合在結(jié)構(gòu)10的外部或周邊上。類似于上述連接構(gòu)件的連接構(gòu)件191穿過結(jié)構(gòu)10，可以具有三角形橫截面。外殼190可以分成側(cè)向或徑向部分設(shè)置，如第一和第二半部，每個半部沿結(jié)構(gòu)10的長度縱向或軸向延伸。外殼190的每個半部可連接在連接構(gòu)件191的端部上。例如，在外殼190上可形成孔，并且在連接構(gòu)件191的端部軸向形成孔，以便接納緊固件如螺栓，螺栓穿過這些孔以便將外殼190固定在連接構(gòu)件191上。外殼190可以防止在結(jié)構(gòu)10上攀登，保護(hù)結(jié)構(gòu)10，或在其上安裝各種其它物體。
現(xiàn)在參閱圖29，如上所述，連接構(gòu)件180可以成組或成對設(shè)置。另外，成對的連接構(gòu)件180可被定向，彼此相對以形成一個沙漏(hour glass)外形，或者彼此相背，形成菱形形狀。另外，連接構(gòu)件180可以組合、取向，從相對兩側(cè)延伸，和/或在多于一個側(cè)面或兩個側(cè)面，例如圖中四個正交的側(cè)面向外輻射。
托架193可構(gòu)制得圍繞成對的連接構(gòu)件180的端部。各種物體可連接在托架193上，例如，用于懸掛其它物體的眼環(huán)，如圖所示。
現(xiàn)在參閱圖30，平臺195可安裝在成對的連接構(gòu)件180上。
現(xiàn)在參閱圖31，多個連接構(gòu)件180可以構(gòu)制成以正方形構(gòu)造穿過結(jié)構(gòu)10，使從多個側(cè)面的連接成為可能。每個連接構(gòu)件180可以包括一個長的突出部194，并且連接在相鄰的構(gòu)件上。
上述連接構(gòu)件最好是三角形的以匹配穿過結(jié)構(gòu)10的開口?，F(xiàn)在參閱圖32，平的連接構(gòu)件200可穿過結(jié)構(gòu)中的開口。平的連接構(gòu)件可以包括標(biāo)識，可以用作信號，或者也可用作平臺、U形螺栓201，可以用來將平的連接構(gòu)件200安裝在直段上，例如，安裝在外部軸向構(gòu)件上。
現(xiàn)在參閱圖33，其它平的構(gòu)件206可以安裝在結(jié)構(gòu)10的外部。在平的構(gòu)件206的一個側(cè)面上可形成鉤207，以便接合或鉤住結(jié)構(gòu)10的直段。其它物體可裝在平的構(gòu)件206的另一側(cè)面，或者標(biāo)識可以設(shè)置在另一側(cè)面上。
現(xiàn)在參閱圖34a和b，乎的構(gòu)件210可以使用連接構(gòu)件211連接于結(jié)構(gòu)10的外部，這與前面的描述類似。一個或多個連接構(gòu)件211可在外部附近穿過結(jié)構(gòu)10、緊固件212如U形螺栓可圍繞連接構(gòu)件211延伸，例如通過平的構(gòu)件上形成的孔而連接于平的構(gòu)件210。
現(xiàn)在參閱圖35，連接構(gòu)件216可穿過結(jié)構(gòu)10，并直接連接于平的構(gòu)件217。連接構(gòu)件216可構(gòu)制成一個方U形(block U-shaped)構(gòu)造以更多地接合結(jié)構(gòu)10。或者，倒圓的U形連接構(gòu)件218可穿過結(jié)構(gòu)10，如圖36所示。
上述連接構(gòu)件中的許多已描述為穿過結(jié)構(gòu)10?，F(xiàn)在參閱圖37a和b，連接構(gòu)件220可以穿入結(jié)構(gòu)10，并連接在中央空腔或空間中，并不完全穿過結(jié)構(gòu)10。連接構(gòu)件220可以設(shè)在與緊固件連接的凸緣。
另外，連接構(gòu)件可以具有其它的橫載面形狀，并構(gòu)制成穿過結(jié)構(gòu)中的其它橫截面的開口。例如，連接構(gòu)件可以具有四邊形橫截面形狀，穿過結(jié)構(gòu)中的四邊形開口。
一個或多個節(jié)點可以除去或留出，以便于將物體連接于結(jié)構(gòu)上。例如，留出一個節(jié)點，呈現(xiàn)一個較平的側(cè)面。另外，可以留出相對的節(jié)點，形成相對的較平側(cè)面，以便穿過結(jié)構(gòu)的安裝。錐形等代桁架結(jié)構(gòu)現(xiàn)在參閱圖38a和38b，圖中表示的等代桁架結(jié)構(gòu)類似于上述等代桁架結(jié)構(gòu)，但是在一個或多個方向上有錐度?，F(xiàn)在參閱圖38a，等代桁架結(jié)構(gòu)230從較寬的第一端部231向較窄的第二端232變細(xì)。構(gòu)成結(jié)構(gòu)230的螺旋件的各直段12的長度從在第一端部231上較長向著在第二端部232上較短而變化，從而整個結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)錐度。螺旋件能夠以相同的角度取向圍繞縱軸線纏繞。結(jié)構(gòu)230也可以包括不平行于結(jié)構(gòu)230的縱軸線14的軸向構(gòu)件233。
現(xiàn)在參閱圖38b，另一種等代桁架結(jié)構(gòu)234可具有窄端部235和236及較寬的中部237。構(gòu)成螺旋件的各直段12的長度從在中部237上的較長向著在端部235和236上的較短變化。顯然結(jié)構(gòu)在中部也可呈現(xiàn)錐度而具有較寬的端部和較窄的中部。撓性或可彎曲的等代桁架結(jié)構(gòu)現(xiàn)在參閱圖39，圖中表示一種撓性或可彎曲的等代桁架結(jié)構(gòu)240，它在許多方面類似于上述等代桁架結(jié)構(gòu)10，但不包括任何軸向構(gòu)件。各直段12和螺旋件可剛性相互連接，但是直段22可有一定程度的撓性。因此，等代桁架結(jié)構(gòu)240在類似于圖5t的直的第一構(gòu)造和如圖39所示的彎曲的第二構(gòu)造之間可以側(cè)向彎曲。在直的位置上，結(jié)構(gòu)240包括一個直的縱軸線，如圖5t所示。現(xiàn)在參閱圖39的彎曲位置，直段和螺旋件彎曲、撓曲，使整個結(jié)構(gòu)240圍繞一根弧形的，即，彎曲的軸線242側(cè)向彎曲。
不設(shè)縱向構(gòu)件使結(jié)構(gòu)240可在側(cè)向彎曲或撓曲。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，雖然結(jié)構(gòu)240能夠在側(cè)向彎曲，但是，結(jié)構(gòu)240繼續(xù)保持其抗扭剛性，即，可抵抗圍繞縱軸線14的轉(zhuǎn)動。
另外，類似的結(jié)構(gòu)也能夠在軸向上，即，在縱向上壓縮和/或膨脹。因此，這種結(jié)構(gòu)可膨脹和/或壓縮，最好儲存能量，因此結(jié)構(gòu)可用作彈簧構(gòu)件。角形等代桁架結(jié)構(gòu)現(xiàn)在參閱圖40a，圖上表示的結(jié)構(gòu)250在許多方面類似于上述的結(jié)構(gòu)10，但是，包括兩個部分252和254，這兩個部分彼此間形成一個角度。例如，兩個部分252和254可形成直角。另外，兩個部分252和254可以整體形成，即，一個部分252的螺旋件繼續(xù)形成第二部分254的螺旋件。因此，結(jié)構(gòu)250形成一種連續(xù)的角形結(jié)構(gòu)，它可比借助某種連接而形成的分開式結(jié)構(gòu)更牢固。這種布置或結(jié)構(gòu)可用來構(gòu)制更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
結(jié)構(gòu)250可具有連接于外節(jié)點122的外部軸向構(gòu)件256，或者，一種結(jié)構(gòu)258可以呈角形而不設(shè)外部軸向構(gòu)件，如圖40b所示。彎曲的等代桁架結(jié)構(gòu)現(xiàn)在參閱圖41，圖中所示的彎曲的等代桁架結(jié)構(gòu)270類似于上述的等代桁架結(jié)構(gòu)270類似于上述的等代桁架結(jié)構(gòu)，但具有彎曲或弓形縱軸線272。構(gòu)成弓形結(jié)構(gòu)270的螺旋件具有不同長度的直段。例如，在彎曲的內(nèi)側(cè)上的內(nèi)側(cè)直段274可比彎曲的外側(cè)上的外側(cè)直段276短。另外，軸向構(gòu)件278也可以是彎曲的，并平行于彎曲的縱軸線272。這種彎曲的結(jié)構(gòu)270可比尖銳角度產(chǎn)生較小的應(yīng)力。
現(xiàn)在參閱圖42，可以形成一種圓形的等代桁架結(jié)構(gòu)280。如圖所示，圓形結(jié)構(gòu)280可以是連續(xù)的。這種圓形結(jié)構(gòu)可以具有外部軸向構(gòu)件。
據(jù)信，彎曲或圓形構(gòu)造的等代桁架結(jié)構(gòu)具有與直的等代桁架結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)優(yōu)點。
現(xiàn)在參閱圖43，等代桁架結(jié)構(gòu)300可包括一個彎曲部分302，該彎曲部分連接于可以是直的其它部分304和306上。這種構(gòu)造類似于圖40b中所示的尖銳角形構(gòu)造，但是在部分304和306的連接部可形成彎曲。彎曲的部分302類似于上述的彎曲結(jié)構(gòu)270。這種構(gòu)造可用于更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這將在下文詳述。這種彎曲的部分可比更為尖銳的角度更為牢固，可防止應(yīng)力集中。
結(jié)構(gòu)可以具有寬闊的彎曲部分，如圖43所示，或者也可具有較銳利的彎曲部分，如圖44所示?，F(xiàn)在參閱圖44，圖中所示的結(jié)構(gòu)320圍繞一個外部節(jié)點324形成一個直角彎曲。因此，多個螺旋件可穿過節(jié)點324。螺旋件可通過彎曲部連續(xù)形成。這種結(jié)構(gòu)可包括外部軸向構(gòu)件326。
現(xiàn)在參閱圖45，等代桁架結(jié)構(gòu)330可形成多個彎曲332和/或形成有更為復(fù)雜或急劇的彎曲。例如，結(jié)構(gòu)可形成有多個直角彎曲。作為另一種實例，結(jié)構(gòu)可形成有急劇彎曲、寬闊彎曲或多種不同的彎曲，象一個S形。編織的預(yù)成形件如上所述，許多上述結(jié)構(gòu)可以由浸過樹肪的纖維形成剛性結(jié)構(gòu)制成。許多上述結(jié)構(gòu)也能夠以編織的預(yù)成形構(gòu)造形成。結(jié)構(gòu)可以通過將纖維束纏繞起來而形成。另外，附加的纖維束可圍繞直段纏繞以便將纖維保持在一起。但是，纖維束沒有樹脂仍是撓性的，可以根據(jù)需要折疊和膨脹。因此，這種編織的預(yù)成形件可折疊，基本緊縮成較小的體積以便運輸?shù)?。然后，編織的預(yù)成形件可擴展并浸漬樹脂以形成需要的結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在參閱圖46，構(gòu)成直段或螺旋件的長纖維可以包覆在編織套筒348中，編織套筒圍繞纖維設(shè)置。這種套筒348將內(nèi)部的長纖維保持在一起，以便防止纏結(jié)等。
另外，纖維或直段可以扭絞以便使纖織緊湊。另外，直段或直段的纖維例如能夠以螺旋形纏繞其纖維以便更為緊湊。整體連接器現(xiàn)在參閱圖47，結(jié)構(gòu)10在其端部可設(shè)有連接器350。這種連接器350可以同結(jié)構(gòu)10整體形成。例如由在結(jié)構(gòu)10和連接器350之間連續(xù)延伸的纖維加強樹脂整體形成。連接器被構(gòu)制成將結(jié)構(gòu)10安裝或連接于配合的連接器或結(jié)構(gòu)。因此，連接器350可以形成為凸起或凹部，例如，陽和陰連接器分別與相對的凹部或凸起，即，陰和陽連接器配合。
連接器350可以具有圓形橫截面形狀，類似于圓筒形復(fù)合管，被接納在接收連接器中的圓形開口內(nèi)，這將在下文描述。連接器350可以是螺紋的，即，具有外螺紋353，如圖49所示，與接收連接器的內(nèi)螺紋嚙合，這將在下文中描述。連接器350如圖所示可以是凸起或陽連接器，或者，可以是凹的或陰連接器?；蛘撸B接器350可以具有六方形橫截面形狀356，或八邊形橫截面形狀，以便與一個類似形狀的連接器357配合，如圖48所示。顯然，連接器可以具有任何適當(dāng)?shù)男螤?，例如包括正方形和三角形?br> 連接結(jié)構(gòu)可設(shè)有各種形狀的構(gòu)件。例如，中間接頭360或361可以具有相對的開口，用于接納來自兩個結(jié)構(gòu)的連接器352或356，以便以一種端部對端部的構(gòu)造將兩結(jié)構(gòu)連接起來，如圖50和51所示。一個肘節(jié)362可以具有一種角形構(gòu)造，例如呈90°角，以一個角度連接兩個結(jié)構(gòu)，如圖52所示。顯然，可以形成任何的角度。一個T形件364或357可以具有一個T形體，用于以一角度連接一個結(jié)構(gòu)，如圖53和54所示。一種十字形件366可以具有四個開口，如圖55所示。其它連接器可將結(jié)構(gòu)連接于一個底座354，如圖56所示。其它連接其它連接也是可能的。現(xiàn)在參閱圖57和58，例如，多個構(gòu)件380或381垂直地穿過結(jié)構(gòu)。構(gòu)件380和381可以包括槽382，其用于以相互重疊的關(guān)系相互配合。例如，對于六節(jié)點結(jié)構(gòu)來說，三個構(gòu)件380可以穿過結(jié)構(gòu)，相互重疊而配合。在構(gòu)件380中形成孔384，以便接納緊固件如螺栓，螺栓穿過構(gòu)件380進(jìn)入底座386或387。因此，構(gòu)件穿過結(jié)構(gòu)，將結(jié)構(gòu)連接于板386。信號現(xiàn)在參閱圖59-61，上述這種等代桁架結(jié)構(gòu)可以用來固定標(biāo)記。現(xiàn)在參閱圖59，一個直的等代桁架結(jié)構(gòu)可以豎直設(shè)置，具有一個固定于支承面如地面上的第一端部402和一個在第一端部402上方的相反的第二端部。一個標(biāo)記可以安裝在等代桁架結(jié)構(gòu)400的上端404。信號406可以包括各種標(biāo)記。
現(xiàn)在參閱圖60，等代桁架結(jié)構(gòu)410可以包括豎直構(gòu)件412、水平構(gòu)件414和連接豎直及水平構(gòu)件412及414的彎曲構(gòu)件416。豎直構(gòu)件412可豎直地設(shè)置，固定在支承表面如路面上。水平構(gòu)件414可以例如通過一個彎曲或弓形構(gòu)件416固定在豎直構(gòu)件412上，如上所述，一個信號構(gòu)件46可以固定在水平構(gòu)件414上。這樣，信號46可以是掛在道路上方。
現(xiàn)在參閱圖61，等代桁架結(jié)構(gòu)420可以包括一對設(shè)置在道路兩相對側(cè)的豎直構(gòu)件422和424。一個水平構(gòu)件426可懸掛在兩個豎直構(gòu)件422和424之間。一個信號構(gòu)件428可固定在水平構(gòu)件上。公用桿現(xiàn)在參閱圖62，等代桁架結(jié)構(gòu)440可豎直地定向并連接于支承面如地面。一個或多個臂442可在地面上方的位置上固定或安裝在等代桁架結(jié)構(gòu)上，基本水平地向外延伸。這種臂442可以類似于上述的連接構(gòu)件。公用線路444，如電話線、電纜線或電線，可懸掛在臂442上。
現(xiàn)在參閱圖63，結(jié)構(gòu)440可以包括非導(dǎo)體的連接構(gòu)件446，以便將公用線路444安裝在結(jié)構(gòu)上。公用錢路444可以沿著等代桁架結(jié)構(gòu)440長度的一部分延伸。
現(xiàn)在參閱圖64，等代桁架結(jié)構(gòu)450可豎直取向，在其頂端452設(shè)置燈具結(jié)構(gòu)或光源以便提供照明。這種光源454可以借助上述的一個端板固定在頂端452上。自行車車架現(xiàn)在參閱圖65-74，上述等代桁架結(jié)構(gòu)可以用作自行車車架，具有強度高、重量輕的優(yōu)點。這種自行車車架包括一個連接于手把桿502和/或前叉504的手把部位500；一個用于安裝在車座桿508的車座部位508；一個連接于踏板組件512的踏板部位510；一個連接于后輪516的后輪部位514。車架520包括多個延伸至手把桿、車座、踏板和后輪部位500、506、510和514及在這些部位之間延伸的構(gòu)件。例如，車架520包括一個在踏板部位510和車座部位506之間延伸的豎直構(gòu)件522。另外，車架520包括一個在手把桿部位500和車座部位506之間延伸的水平構(gòu)件524。最后，車架520包括一個在手把桿部位500和踏板部位510之間延伸的傾斜構(gòu)件526。各構(gòu)件522，524和526類似于上述的等代桁架結(jié)構(gòu)；并組裝成一個三角形車架520。車架520強度高且重量輕。
現(xiàn)在參閱圖66，只有一個傾斜構(gòu)件532從手把桿部位500延伸至豎直構(gòu)件522。車架530大致呈T形，消除了一個構(gòu)件以減輕重量。
現(xiàn)在參閱圖67，另一種自行車車架540可以包括一個從車座部位506延伸至踏板部位510的弓形構(gòu)件542，以及一個從手把桿部位500延伸至弓形構(gòu)件542的傾斜構(gòu)件532。弓形構(gòu)件542可更緊密地匹配后輪516的曲率，并提供附加的抗彎強度?，F(xiàn)在參閱圖68，另一種自行車車架550可以包括從車座部位506延伸至后輪部位514的構(gòu)件552，以及另一個從踏板部位510延伸至后輪部位514的構(gòu)件554，即，一個由等代桁架結(jié)構(gòu)構(gòu)成三角形。因此，更多的車架可由較輕的等代桁架結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
現(xiàn)在參閱圖69，另一種自行車車架560可包括向內(nèi)伸向一個中心部位562的構(gòu)件。一個傾斜構(gòu)件564可從手把桿部位500延伸至中心部位562。同樣，一個下部構(gòu)件566可從踏板部位延伸至中心部位562。最后，一個上部構(gòu)件512可從車座部位560延伸至中心部位562。這種構(gòu)造利用直的結(jié)構(gòu)，更容易制造。
現(xiàn)在參閱圖70，另一種自行車車架570可以利用彎曲的或弓形的構(gòu)件。例如，一個上部構(gòu)件572可以寬闊地彎曲從手把桿部位，經(jīng)過車座部位506直至后輪部位514。一個下部構(gòu)件574可以沿一寬闊的弧從手把桿部位500延伸至踏板部位510。構(gòu)件572和574的彎曲提供了附加的強度?，F(xiàn)在參閱圖71，另一種車架580可以包括一個從手把桿部位500延伸至踏板部位510的寬闊弓形構(gòu)件582，而一個附加構(gòu)件584從弓形構(gòu)件582經(jīng)過車座部位506伸向后輪部位514。
現(xiàn)在參閱圖72，另一種自行車車架590可包括一個從手把桿部位500經(jīng)過車座部位直至后輪部位514的向上彎曲的構(gòu)件592，而一個下部構(gòu)件594從手把桿部位經(jīng)過踏板部位510伸向后輪部位514。因此，整個車架590是由等代桁架結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。
現(xiàn)在參閱圖73，另一種自行車車架600可包括一個S形構(gòu)件602，該構(gòu)件從手把桿部位500沿第一圓弧延伸，并彎曲進(jìn)入第二圓弧，伸向踏板部位510。一個上部構(gòu)件604以弓形方式從車座部位506伸向S形構(gòu)件602?，F(xiàn)在參閱圖74，另一種自行車車架610構(gòu)成一個從手把桿部位500伸向踏板部位510的S形構(gòu)件612。一個豎直構(gòu)件614從踏板部位510伸向車座部位506。最后，一個后部構(gòu)件616從豎直構(gòu)件614伸向后輪部位514。
現(xiàn)在參閱圖75和76，在另一種自行車車架620中，等代桁架結(jié)構(gòu)設(shè)置在連接器之間。手把桿連接器622可以設(shè)置在手把桿部位500，構(gòu)制成可接納一個上部水平構(gòu)件624和一個下部傾斜構(gòu)件626。上部水平構(gòu)件624和下部傾斜構(gòu)件626可以被接納在手把桿連接器622的延伸部上。車座連接器628可設(shè)置在車座部位506上，并具有接納上部水平構(gòu)件624和一個豎直構(gòu)件630的延伸部。一個下部構(gòu)件632連接于踏板部位510，并具有接納下部傾斜構(gòu)件626和豎直構(gòu)件630的延伸部。因此，可以利用相對較直的等代桁架結(jié)構(gòu)624，626和630，將其連接于連接器622，628和632。制造方法如上所述，等代桁架結(jié)構(gòu)最好由浸有樹脂的纖維構(gòu)成。另外，等代桁架結(jié)構(gòu)或螺旋件最好由圍繞縱軸線且沿等代桁架結(jié)構(gòu)的長度纏繞的纖維來構(gòu)成。這種的復(fù)合等代桁架結(jié)構(gòu)可借助一根心軸構(gòu)成?？梢钥闯?，等代桁架結(jié)構(gòu)的復(fù)雜的幾何形狀，使制造成為一種挑戰(zhàn)。
現(xiàn)在參閱圖77，圖中表示一個心軸700，心軸上帶有形成上述等代桁架結(jié)構(gòu)的纖維。心軸700可以是長形的，其形狀與等代桁架結(jié)構(gòu)的需要形狀匹配。例如，如圖77所示，心軸700是長且直的，以便形成長且直的等代桁架結(jié)構(gòu)。顯然，心軸700也可以是彎曲的或弓形的，或者按照等代桁架結(jié)構(gòu)需要的形狀形成其它角度。另外，心軸700可以合理地設(shè)置，使心軸700在纏繞纖維702時可以被轉(zhuǎn)動。
心軸可以包括一個長芯或本體704，以及多個設(shè)置在其上的頭部706。芯或本體最好具有一個相對于等代桁架結(jié)構(gòu)來說減小或較小的直徑，使芯或本體704可被放入等代桁架結(jié)構(gòu)中而不干涉任何直段或螺旋件。頭部706最好與芯或本體704間隔開來。頭部706從芯或本體704徑向向著等代桁架結(jié)構(gòu)的外部節(jié)點122延伸。頭部706被構(gòu)制成當(dāng)圍繞心軸700纏繞纖維束時接納纖維束。因此，對于八節(jié)點等代桁架結(jié)構(gòu)來說，八個頭部706圍繞芯或本體704的圓周徑向延伸。另外，多個頭部706按照需要的等代桁架結(jié)構(gòu)的長度沿芯或本體704的長度延伸。
現(xiàn)在參閱圖78，圖中詳細(xì)表示頭部706。每個頭部706最好包括用于接納纖維束702的多個凹部710。凹部710最好兩組深凹部712和714，以便接納形成一對相反螺旋件的纖維束702。因此，這組深凹部712和714最好以一個角度向下延伸，以便匹配直段的角度。每組深凹部712和714最好包括兩個彼此成一角度形成的兩個對準(zhǔn)的凹部，從而使這組中的每個凹部進(jìn)行同一螺旋件的不同直段。凹部716的內(nèi)部設(shè)置在等代桁架結(jié)構(gòu)的外部節(jié)點122上。
另外，凹部710最好包括一或多組淺凹部718和720。一組深凹部718可用于形成等代桁架結(jié)構(gòu)的縱向構(gòu)件，另外的淺凹部720可用于形成等代桁架結(jié)構(gòu)的徑向或側(cè)向構(gòu)件。
為了形成上述的等代桁架結(jié)構(gòu)，纖維束可圍繞心軸纏繞，以便形成螺旋件及其直段。纖維束702可相對于螺旋件圍繞上述心軸纏繞，使纖維束放置在頭部的凹部中。另外，當(dāng)纖維束圍繞心軸700纏繞時，纖維束可浸有樹脂。或者，纖維束可圍繞心軸纏繞而不浸樹脂，以便形成編織的預(yù)成形件。然后，樹脂硬化，然后將心軸從等代桁架結(jié)構(gòu)中取出?；蛘?，等代桁架結(jié)構(gòu)可與心軸整體形成，心軸留在其中。
顯然，等代桁架結(jié)構(gòu)的復(fù)雜的幾何形狀及頭部從心軸的伸出都對將心軸從等代桁架結(jié)構(gòu)取出形成挑戰(zhàn)。為了形成等代桁架結(jié)構(gòu)可以使用各種類型的心軸。例如，可溶心軸可以用鹽或砂與粘合劑形成，它可被溶解以便從等代桁架結(jié)構(gòu)中除去。作為另一實例，可以使用低共熔的金屬，以便從等代桁架結(jié)構(gòu)中熔出。作為另一實例，可以使用氣球式心軸，它包括一個填砂泡，填砂后真空密封以形成心軸，然后除去真空，從泡中卸空砂子，以便從等代桁架結(jié)構(gòu)中去除心軸。
另外，等代桁架結(jié)構(gòu)可以由濕或干的纏繞一個內(nèi)部模具，然后由一個外部模具包圍而形成，這類似于噴射鑄造法。這種模制方法可以提供良好的固結(jié)性、良好尺寸限定和良好的表面光潔度。
現(xiàn)在參閱圖79，圖中表示一個組合式心軸，其優(yōu)點是可從等代桁架結(jié)構(gòu)上取出并再次使用。組合式心軸720類似于上述的心軸700，可包括一個長的管狀本體722和多個頭部724。中空管狀本體722可包括多個孔726，以便在這些孔中接納多個銷728。銷728可插過管狀本體722的孔726，頭部724設(shè)置在銷728上。一個長芯730可卸式設(shè)置在管狀本體722內(nèi)。另外，多個鑲件732也可卸式地設(shè)置在管狀本體722內(nèi)，在芯730和管狀本體722之間。鑲件732也包括多個用于接納銷728的孔734。因此，銷728穿過管狀本體722和鑲件734而抵靠芯730。因此，芯730可保持頭部在銷728上從管狀本體722伸出。
在心軸720上形成等代桁架結(jié)構(gòu)以后，通過使芯730從管狀本體722向外滑出，可將芯730從管狀本體722取出。芯730的取出使鑲件732能夠從管狀本體722取出，并使銷728可向內(nèi)移入管狀本體722內(nèi)。因此，銷可取出，且管狀本體722可以從等代桁架結(jié)構(gòu)取出。另外，頭部724可被去除。
現(xiàn)在再次參閱圖77，一個端板120可設(shè)置在心軸700的一端或兩端上。如同參閱圖12a和b所進(jìn)行的描述那樣，端板120具有孔124，通過孔124可接納心軸700的芯或本體704。然后，纖維束702可通過端板120圍繞凹部123纏繞，以便使端板與等代桁架結(jié)構(gòu)整體地形成。然后，心軸700的芯或本體704可通過端板120的孔124除去。
通過將銷728嵌入芯或管722上的孔內(nèi)可組裝心軸740。如上所述，套環(huán)也可設(shè)置在管722的端部上以形成整體連接器。頭部724設(shè)置在銷728上。圍繞頭部724纏繞纖維以形成螺旋件及軸向構(gòu)件。另外，圍繞套環(huán)纏繞纖維以形成整體連接器。心軸被去除以留下結(jié)構(gòu)。附加應(yīng)用現(xiàn)在參閱圖80，一個支承構(gòu)件750可利用如上所述的長等代桁架結(jié)構(gòu)752以保持和固定預(yù)澆注混凝土模板754。支承構(gòu)件754可包括一個等代桁架結(jié)構(gòu)752，在其端部上帶有端板120以接納用于接合地面和混凝土模板754的連接構(gòu)件754和756。等代桁架結(jié)構(gòu)752的強度提供了固定預(yù)澆注混凝土模板754的強度，而重量輕的等代桁架結(jié)構(gòu)752使支承構(gòu)件750易于操縱和處置。
現(xiàn)在參閱圖81，圖中表示用于支承藍(lán)板762的藍(lán)球架760。藍(lán)球架760可以包括一個如上所述的等代桁架結(jié)構(gòu)764。藍(lán)球架760包括一個豎直的等代桁架部分766和一個連接于豎直的等代桁架部分766以便使籃板762處于球場上方的水平等代桁架結(jié)構(gòu)768。
現(xiàn)在參閱圖82，一個背包770可包括一個利用上述等代桁架結(jié)構(gòu)774的框架772?？蚣?72可包括一個等代桁架結(jié)構(gòu)形成的周邊，包括一對間隔開來的豎直構(gòu)件和中間連接的水平構(gòu)件。等代桁架結(jié)構(gòu)774使背包770強度高、重量輕?，F(xiàn)在參閱圖83，等代桁架結(jié)構(gòu)790可用于形成船794或其它船舶結(jié)構(gòu)上的桅桿或其它支承結(jié)構(gòu)792。等代桁架結(jié)構(gòu)790可以用復(fù)合材料構(gòu)成，從而可耐腐蝕。
現(xiàn)在參閱圖84，圖中表示利用等代桁架結(jié)構(gòu)802的橋梁800。等代桁架結(jié)構(gòu)802可以是弓形的，各橋梁構(gòu)件可懸掛在其上。
現(xiàn)在參閱圖85和86，圖中表示一個石油平臺，利用等代桁架結(jié)構(gòu)812作為石油平臺810的支柱。這些等代桁架結(jié)構(gòu)812也最好用復(fù)合材料形成以耐腐蝕。另外，等代桁架結(jié)構(gòu)812的敞開結(jié)構(gòu)使結(jié)構(gòu)上的迎面阻力較小。
現(xiàn)在參閱圖87，圖中表示用于潛艇832的等代桁架結(jié)構(gòu)830。等代桁架結(jié)構(gòu)830形成了支承潛艇832的殼體834的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因此，殼體834圍繞等代桁架結(jié)構(gòu)830形成，而等代桁架結(jié)構(gòu)830的內(nèi)部可用于乘員，以及用作內(nèi)壁支承。另外，在等代桁架結(jié)構(gòu)的各直段或構(gòu)件之間的中空或敞開結(jié)構(gòu)也可用于設(shè)備和管路等。顯然，等代桁架結(jié)構(gòu)也可用于其它結(jié)構(gòu)、車輛及容器。
現(xiàn)在參閱圖88，等代桁架結(jié)構(gòu)840可用飛機或飛行器如火炮或?qū)?42。等代桁架結(jié)構(gòu)840提供了用于支承外皮的外殼或外甲，以及用于容納其它物品的內(nèi)部。因此，等代桁架結(jié)構(gòu)840提供了強度及輕的重量，這對于飛機或飛行器應(yīng)用來說是特別有益的?，F(xiàn)在參閱圖89a和b，等代桁架結(jié)構(gòu)842可用作飛機機身的一部分。乘客座椅可設(shè)置在結(jié)構(gòu)842的中央空隙或空間內(nèi)，而其它零件如電線、液壓管線、燃油管路等可設(shè)置在結(jié)構(gòu)842本身的內(nèi)部，或在直段之間。這種等代桁架結(jié)構(gòu)也可用于機翼結(jié)構(gòu)，以及飛機的其它構(gòu)件。
現(xiàn)在參閱圖90，上述結(jié)構(gòu)也可用在航天應(yīng)用，如衛(wèi)星或其它軌道結(jié)構(gòu)844中。這種結(jié)構(gòu)可以是可收縮/膨脹的，以便使有限的載貨空間最佳化，這種結(jié)構(gòu)也可以是部分形成的，如上述的編織預(yù)成形件，而在太空中最后成形。
現(xiàn)在參閱圖91，等代桁架結(jié)構(gòu)846也可用于水塔應(yīng)用場合中。
等代桁架結(jié)構(gòu)可用在建筑物和結(jié)構(gòu)物中。現(xiàn)在參閱圖92，房頂系統(tǒng)900可使用與上面所描述的相似的等代桁架結(jié)構(gòu)。傾斜或水平的等代桁架結(jié)構(gòu)902可構(gòu)成支承屋頂904的梁。豎直等代桁架結(jié)構(gòu)906可用作支承傾斜等代桁架結(jié)構(gòu)902的屋頂?shù)牧⒅?。這種等代桁架可提供強度，且重量輕。
等代桁架結(jié)構(gòu)可用于容器、船舶中?，F(xiàn)在參閱圖93，一個皮船可利用上述的錐形等代桁架結(jié)構(gòu)?？蚣?12可由在每端變細(xì)的等代桁架結(jié)構(gòu)形成。外皮或外殼914可覆蓋框架912形成。等代桁架的凹灣的部分或側(cè)部916可被去除，以便能夠達(dá)到皮船910內(nèi)，使得使用者的身體能夠穿過框架912，進(jìn)入框架的中空部分、這種等代桁架為皮船提供強度，同時在內(nèi)部提供乘員空間。
現(xiàn)在參閱圖94，圖中表示帶有等代桁架結(jié)構(gòu)918的固體燃料火箭917。固體火箭燃料可圍繞等代桁架的構(gòu)件設(shè)置。等代桁架可以作為火箭燃料燃燒，從而消除了下落的火箭殼體。噴嘴919可構(gòu)制成隨著燃料和等代桁架燃燒而沿火箭917運行。
現(xiàn)在參閱圖95，可使用多個等代桁架結(jié)構(gòu)922形成人造礁石920。等代桁架可被加重，使其下降至海底。例如，一重物924如混凝土可連接于等代桁架的一端。另一端可自由從海底向上延伸。因此，等代桁架可被送至需要的地點，從船上拋下。幾個等代桁架結(jié)構(gòu)可以連接起來。這種等代桁架結(jié)構(gòu)可以用對環(huán)境無害的環(huán)氧樹脂形成，以例促進(jìn)在等代桁架上的生長。
等代桁架結(jié)構(gòu)也可用來傳遞轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)在參閱圖96，傳動軸930可用與上面所述類似的等代桁架結(jié)構(gòu)932構(gòu)成。傳動軸或等代桁架可以是剛性的或撓性的。傳動軸930的一端可連接于發(fā)動機或傳動裝置934，而另一端可連接于變速箱或輪936。這種構(gòu)造可用于機動車輛。顯然，這種傳動軸也可用于其它場合。另外，等代桁架結(jié)構(gòu)也可用于鉆孔機如油、水、礦鉆孔機。在這種構(gòu)造中，一端可連接于驅(qū)動器，而另一端連接于鉆頭或刀具。
現(xiàn)在參閱圖97，一減震器940使用無軸向構(gòu)件的等代桁架結(jié)構(gòu)。因此，等代桁架結(jié)構(gòu)可在縱向，即，軸向上壓縮以減震。另外，軟外殼944如充氣軟外殼可設(shè)置在等代桁架上。
現(xiàn)在參閱圖98，等代桁架結(jié)構(gòu)950可用剛性部分952和撓性部分954構(gòu)制，以便形成一個接合部。為了剛性或剛度，剛性部分952可形成有軸向構(gòu)件，而撓性部分954為了撓性可不形成軸向構(gòu)件。
現(xiàn)在參閱圖99，一個罐或壓力容器960可以包括一個等代桁架結(jié)構(gòu)962，在其中形成連續(xù)的內(nèi)壁964。罐或壓力容器960可以容納流體如液體或氣體。
現(xiàn)在參閱圖100，齒輪系970包括多個轉(zhuǎn)動且彼此嚙合的、等代桁架結(jié)構(gòu)形成的齒輪972。齒輪972，即，等代桁架結(jié)構(gòu)的外節(jié)點相互嚙合。
現(xiàn)在參閱圖101a和101b，沖擊阻擋件974和976可包括等代桁架結(jié)構(gòu)。等代桁架結(jié)構(gòu)可軸向即縱向定向，如圖101a所示，或者，側(cè)向定向，如圖101b所示，以接受沖擊，現(xiàn)在參閱圖102a和102b，沖擊阻擋件可以包括可被壓縮的材料如泡沫，在等代桁架結(jié)構(gòu)中和/或圍繞其設(shè)置。在一個方面中，泡沫材料980可以形成圍繞全部或部分等代桁架結(jié)構(gòu)，以及在內(nèi)、外節(jié)點之間的殼體。在另一方面中，泡沫材料980可以設(shè)置在等代桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。
現(xiàn)在參閱圖103a-c，等代桁架結(jié)構(gòu)可在一側(cè)或在一個方向上是長形的，以便形成一個長形的橫截面。這種構(gòu)造在一個方向上具有優(yōu)先載荷如鉆臺托架的應(yīng)用中更適用或更有效。這種構(gòu)造可以在不同方向上具有不同的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，因而為特定場合的載荷來構(gòu)制等代桁架結(jié)構(gòu)。
圖103a-c所示的構(gòu)造在許多方面類似于上面描述和圖示的等代桁架結(jié)構(gòu)。螺旋件的一些直段相對于另一些是長形的，即，具有較大的長度，以便形成長形橫截面。另外，在一些相鄰或接續(xù)的直段之間的角度取向較大。
現(xiàn)在參閱圖103a，圖中表示一個八節(jié)點等代桁架結(jié)構(gòu)1000。一些螺旋件包括較長的直段1002和較短的直段1004，以例形成一個矩形的橫截面形狀。例如，螺旋件和反向螺旋件可形成矩形橫截面形狀。其它螺旋件包括在一些相鄰直段間較大的角1006和在其它相鄰直段間的較小的角1008，以便形成菱形橫截面。例如，被轉(zhuǎn)動的螺旋件和被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件可形成菱形橫截面。
現(xiàn)在參閱圖103b，圖中表示一個十節(jié)點等代桁架結(jié)構(gòu)，它是長形的，更像橢圓形。螺旋件可以具有1)不同長度的直段，以及2)相鄰直段間的不同的角。例如，螺旋件和反向螺旋件可形成長形的第一五邊形1012，而被轉(zhuǎn)動的螺旋件和被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件構(gòu)成長形的第二五邊形1014，這兩個五邊形一起形成橢圓形。另外，螺旋件具有形成基本一整圈的五個直段。
現(xiàn)在參閱圖103c，圖中表示具有多個橫截面形狀的另一種等代桁架結(jié)構(gòu)1012。這種結(jié)構(gòu)1012包括矩形橫截面形狀和長的菱形橫截面形狀。螺旋件具有每圈四個直段，但是，每隔這種典型的結(jié)構(gòu)的兩個螺旋件使用三個螺旋件。
上述的等代桁架結(jié)構(gòu)也可用在其它應(yīng)用場合。例如，等代桁架結(jié)構(gòu)可包括在連有帆的船舶桅桿中。等代桁架結(jié)構(gòu)可以包括在連有旗幟的旗桿中。等代桁架結(jié)構(gòu)可以包括在連有籬笆構(gòu)件的籬笆柱中。
另外，圍繞結(jié)構(gòu)可設(shè)置外皮、覆蓋物或外套。這種外皮可強化結(jié)構(gòu)，防止攀蹬和/或為了美觀。
上述等代桁架結(jié)構(gòu)也可用于加強混凝土。例如，圍繞這種結(jié)構(gòu)可以澆注或用其它方式設(shè)置混凝土，并可填注結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。
上面已經(jīng)特別針對八節(jié)點結(jié)構(gòu)描述了等代桁架結(jié)構(gòu)，其中螺旋件具有形成圍繞軸線一整圈的四個直段。顯然也可使用其它構(gòu)造，例如，帶有五、六、七、九、十二個等節(jié)點的結(jié)構(gòu)。
顯然，上述布置只是對本發(fā)明原理的應(yīng)用進(jìn)行說明。本專業(yè)技術(shù)人員可以構(gòu)想出許多變型和替代的布置而不超出本發(fā)明的精種和范圍，權(quán)利要求書是用于覆蓋這些變型和布置的。因此，雖然已對照附圖，具體和詳細(xì)地結(jié)合目前認(rèn)為是本發(fā)明最實用和優(yōu)選的實施例，對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是，顯然本專業(yè)普通技術(shù)人員可對其進(jìn)行許多改變而不超出權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的原理和構(gòu)思，這些改變包括但又不局限于尺寸、材料、形狀、形式、功能、操作方式、組裝及用途的改變。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)體，它包括a)至少兩個間隔開來的螺旋件，每個螺旋件具有1)一根共同縱軸線，2)一個圍繞軸線的共同角度取向，以及3)至少四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，形成圍繞軸線的基本一整圈；以及b)至少一個反向螺旋件，連接于所述至少兩個螺旋件，所述反向螺旋件具有1)一根與所述至少兩個螺旋件共同的縱軸線，2)相對于至少兩個螺旋件來說，相反的角度取向，以及3)至少四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，形成圍繞軸線的基本一整圈。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)中，其特征在于所有螺旋件具有連續(xù)的纖維束；螺旋件在相交部位通過重疊螺旋件的纖維而彼此相連接。
3.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于螺旋件限定一個基本沒有材料的中空內(nèi)部。
4.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于螺旋件在其間限定開口。
5.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于螺旋件限定正方形橫截面的假想管狀件。
6.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于還包括a)至少兩個間隔開來的被轉(zhuǎn)動的螺旋件，連接于所述至少兩個螺旋件和至少一個反向螺旋件，并相對于它們轉(zhuǎn)動，每個被轉(zhuǎn)動的螺旋件具有1)一根被轉(zhuǎn)動的縱軸線，2)一個圍繞所述被轉(zhuǎn)動的縱軸線的共同的角度取向，3)至少四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，形成圍繞被轉(zhuǎn)動的軸線基本一整圈；以及b)至少一個被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件，連接于所述至少兩個螺旋件和至少一個反向螺旋件，并相對于它們轉(zhuǎn)動，所述被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件具有1)一根與所述至少兩個被轉(zhuǎn)動的螺旋件共同的被轉(zhuǎn)動的縱軸線，2)一個相對于所述兩個被轉(zhuǎn)動的螺旋件來說，相反的角度取向，以及3)至少四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，形成圍繞軸線的基本一整圈。
7.如權(quán)利要求6所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于所述縱軸線和被轉(zhuǎn)動的縱軸線是同心的，螺旋件的直段構(gòu)成具有八角星橫截面的假想管狀件。
8.如權(quán)利要求6所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于所述縱軸線和被轉(zhuǎn)動的縱軸線是同心的，所述直段構(gòu)成具有兩個正方形橫截面的假想管狀件，所述正方形具有一根共同的縱軸線，但是一個正方形相對于另一個正形被轉(zhuǎn)動。
9.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于還包括一個端板，連接于螺旋件的一端，以便將螺旋件連接于另一個物體。
10.如權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于螺旋件具有連續(xù)的纖維束，端板是通過圍繞端板纏繞所述連續(xù)的纖維束而被連接的。
11.如權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于所述端板包括一個周邊，圍繞該周邊形成多個凹部以接納纖維束，所述端板包括多個孔，以便將所述端板連接于另一物體。
12.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于螺旋件和直段構(gòu)成一個重復(fù)的三角形和四面體模式；并且還包括一個連接于螺旋件和直段的連接器，以便將其它物體連接于螺旋件和直段，所述連接器是長形的，具有基本三角形的橫截面形狀，所述連接器穿過至少兩個由螺旋件和直段形成的三角形。
13.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于所述各軸線是豎直取向的，下端連接于支承面，上端位于下端的上方；還包括連接于所述上端的、從下述物體構(gòu)成的一個組中選擇的另一物體帶有標(biāo)記的信號板、用于固定公用線路的水平公用構(gòu)件、光源。
14.一種結(jié)構(gòu)件，它包括a)至少兩個間隔開來的螺旋件，每個螺旋件具有1)一根共同的縱軸線，2)一個圍繞軸線的共同的角度取向，以及3)至少四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部剛性連接，形成圍繞軸線的基本一整圈；b)至少一個反向螺旋件，連接于所述至少兩個螺旋件，所述反向螺旋件具有1)一根與所述至少兩個螺旋件共同的縱軸線，2)相對于所述兩個螺旋件來說，一個相反的角度取向，以及3)至少四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部剛性連接，形成圍繞軸線的基本一整圈；c)至少兩個間隔開來的被轉(zhuǎn)動的螺旋件，連接于所述至少兩個螺旋件和至少一個反向螺旋件，并相對于它們被轉(zhuǎn)動，每個被轉(zhuǎn)動的螺旋件具有1)一根共同的被轉(zhuǎn)動的縱軸線，2)一個圍繞被轉(zhuǎn)動的縱軸線的共同的角度取向，以及3)至少四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部剛性連接，形成圍繞被轉(zhuǎn)動的軸線基本一整圈；以及d)至少一個被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件，連接于所述至少兩個螺旋件和至少一個反向螺旋件，且相對于它們被轉(zhuǎn)動，所述被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件具有1)一根與所述至少兩個被轉(zhuǎn)動的螺旋件共同的被轉(zhuǎn)動的縱軸線，2)相對于所述兩個被轉(zhuǎn)動的螺旋件來說，一個相反的角度取向，以及3)至少四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部剛性連接，形成圍繞軸線的一整圈。
15.如權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于所述縱軸線和所述被轉(zhuǎn)動的縱軸線同心，螺旋件的直段構(gòu)成一個具有八角星橫截面的假想管狀件。
16.如權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于所述縱軸線和所述被轉(zhuǎn)動的縱軸線同心，直段構(gòu)成一假想管狀件，該假想管狀件具有共同縱軸線的兩個正方形橫載面，但是一個正方形相對另一正方形被轉(zhuǎn)動。
17.一種結(jié)構(gòu)件，它包括a)至少兩個間隔開來的螺旋件，每個螺旋件具有1)一根共同的縱軸線，2)一個圍繞軸線的共同的角度取向，以及3)至少三個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接；b)至少一個反向螺旋件，連接于所述至少兩個螺旋件，具有1)一根與所述至少兩個螺旋件共同的縱軸線，2)相對于所述兩個螺旋件來說，一個相反的角度取向，以及3)至少三個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接；以及c)所述至少一個反向螺旋件相對于所述至少兩個螺旋件形成一個大于60°的角。
18.如權(quán)利要求17所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于所述至少一個反向螺旋件相對于所述至少兩個螺旋件形成一個大于大約75°的角。
19.如權(quán)利要求17所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于每個螺旋件包括至少四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地連接，形成圍繞軸線的基本一整圈。
20.一種撓性結(jié)構(gòu)件，它包括a)至少兩個間隔開來的螺旋件，每個螺旋件具有1)一根共同的縱軸線，2)一個圍繞軸線的共同的角度取向，以及3)至少三個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接；b)至少一個反向螺旋件，連接于所述至少兩個螺旋件，具有1)一根與所述至少兩個螺旋件共同的縱軸線，2)相對于所述兩個螺旋件來說，一個相反的角度取向，以及3)至少三個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接；以及c)螺旋件在側(cè)向是撓性的，并且可以在一個軸線基本是直的第一位置和一個軸線基本呈弓形的第二位置之間彎曲。
21.如權(quán)利要求20所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于在弓形的第二位置上所述螺旋件儲存能量。
22.如權(quán)利要求20所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于螺旋件圍繞所述縱軸線在轉(zhuǎn)動上是剛性的。
23.一種弓形結(jié)構(gòu)件，它包括a)至少兩個間隔開來的螺旋件，每個螺旋件具有1)一根共同的弓形軸線，2)一個圍繞軸線的共同的角度取向，以及3)至少三個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接；以及b)至少一個反向螺旋件，連接于所述至少兩個螺旋件，具有1)一根與所述至少兩個螺旋件共同的弓形軸線；2)相對于所述兩個螺旋件來說，一個相反的角度取向，以及3)至少三個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接。
24.如權(quán)利要求23所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于所述弓形軸線是圓。
25.如權(quán)利要求23所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于每個螺旋件包括至少四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，形成圍繞軸線的基本一整圈。
26.如權(quán)利要求23所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于；所述弓形軸線包括一個第一曲率和一個不同的第二曲率。
27.一種錐形結(jié)構(gòu)件，它包括a)至少兩個間隔開來的螺旋件，每個螺旋件具有1)一根共同的縱軸線，2)一個圍繞軸線的共同的角度取向，以及3)至少三個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接；以及b)至少一個反向螺旋件，連接于所述至少兩個螺旋件，具有1)一根與所述至少兩個螺旋件共同的縱軸線，2)相對于所述兩個螺旋件來說，一個相反的角度取向，以及3)至少三個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接；以及c)每個螺旋件的直段長度沿軸線順序減小，從而使結(jié)構(gòu)件呈錐形。
28.如權(quán)利要求27所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于每個螺旋件包括至少四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，形成圍繞軸線的基本一整圈。
29.一種平臺件，包括a)至少兩個間隔開來的螺旋件，每個螺旋件具有至少三個直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地連接；以及b)至少一個反向螺旋件，連接于所述至少兩個螺旋件，具有至少三個直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地連接；以及c)螺旋件包括纖維，是撓性的和可壓縮的，直至浸漬樹脂基質(zhì)。
30.如權(quán)利要求29所述的平臺件，其特征在于螺旋件包括多根纖維粘合起來的纖維束。
31.一種自行車車架，它包括a)一個用于連接于手把桿和前叉的手把桿部位；b)一個用于連接車座的車座部位；c)一個用于連接踏板組件的踏板部位；d)一個用于連接后輪的后輪部位；e)多個構(gòu)件。每個構(gòu)件延伸至手把桿部位、車座部位、踏板部位和后輪部位中的至少一個，以及在其間延伸；以及f)所述構(gòu)件中的至少一個包括1)至少兩個間隔開來的螺旋件，每個螺旋件具有i)一根共同的縱軸線，以及ii)至少四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，形成圍繞軸線的基本一整圈；以及2)至少一個反向螺旋件，連接于所述至少兩個螺旋件，具有i)一根與所述至少兩個螺旋件共同的縱軸線，以及ii)至少四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，以相反的角度取向形成圍繞軸線的基本一整圈。
32.如權(quán)利要求31所述的自行車車架，其特征在于每個螺旋件包括至少四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，形成圍繞軸線的基本一整圈。
33.一種形成結(jié)構(gòu)件的方法，它包括以下步驟a)提供一個心軸；b)圍繞心軸纏繞纖維，以便形成至少兩個螺旋件，每個螺旋件具有至少四個長的直段，所述至少兩個螺旋件具有一根共同的縱軸線，一個圍繞軸線的共同的角度取向，形成圍繞軸線的基本一整圈；c)圍繞心軸纏繞纖維，以便形成至少一個反向螺旋件，所述反向螺旋件具有至少四個長的直段，這些直段具有與所述至少兩個螺旋件共同的縱軸線，但有相反的角度取向，形成圍繞軸線的基本一整圈；d)向纖維添加基質(zhì)；以及e)硬化基質(zhì)。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于提供心軸的步驟還包括提供一心軸，該心軸具有一長芯，以及圍繞所述芯縱向和徑向設(shè)置的多個頭部，每個頭部被構(gòu)制成接納和固定至少兩個反向螺旋件的纖維，并包括四個斜凹部，兩個斜凹部為每個螺旋件而設(shè)置。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于還包括下述步驟沿心軸長度纏繞纖維，以便形成至少一個平行于縱軸線的縱向構(gòu)件；其中提供心軸的步驟還包括提供一個心軸，該心軸具有一個長芯，以及圍繞所述芯縱向和徑向設(shè)置的頭部，每個頭部被構(gòu)制成接納和固定至少兩個反向螺旋件和至少一個縱向構(gòu)件，并包括至少六個凹部，包括為每個螺旋件的兩個斜凹部和兩個為縱向構(gòu)件的兩個凹部。
36.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于提供心軸的步驟包括提供一個組裝式心軸，該心軸具有a)一個長的、包括多個孔的管，b)一個長芯，可卸式地設(shè)置在所述管中，c)多個鑲件，可卸式地設(shè)置在所述芯和管之間，具有多個孔，d)多個銷，可卸式地設(shè)置在管和鑲件的孔中，以及e)多個設(shè)置在銷上的頭部，以及還包括以下步驟a)在硬化后從管中去除所述芯；b)從所述芯中去除鑲件；c)通過孔將銷移入管中；d)去除所述管，以及e)去除頭部。
37.一種公用桿，它包括a)一個長構(gòu)件，該長構(gòu)件豎直取向，具有一根縱軸線和上、下端部，由下述部分構(gòu)成1)至少兩個間隔開來的螺旋件，每個螺旋件具有i)一個圍繞縱軸線的共同的角度取向，以及ii)至少四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，形成圍繞軸線的一整圈；b)一個端板，連接于長構(gòu)件的下端，用于將長構(gòu)件的下端連接于支承表面；以及c)一個臂，在上端附近連接于長構(gòu)件，基本水平延伸，用于固定公用線。
38.如權(quán)利要求37所述的公用桿，其特征在于長構(gòu)件還包括a)至少兩個間隔開來的被轉(zhuǎn)動的螺旋件，連接于所述至少兩個螺旋件和至少一個反向螺旋件，并相對于它們被轉(zhuǎn)動，每個被轉(zhuǎn)動的螺旋件具有1)一根共同的被轉(zhuǎn)動的縱軸線，2)一個圍繞被轉(zhuǎn)動的縱軸線的共同的角度取向，以及3)至少四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，形成圍繞被轉(zhuǎn)動的軸線一整圈；以及b)至少一個被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件，連接于所述至少兩個螺旋件和至少一個反向螺旋件，并相對它們被轉(zhuǎn)動，具有1)一根與所述至少兩個被轉(zhuǎn)動的螺旋件共同的被轉(zhuǎn)動的縱軸線，2)相對于所述兩個被轉(zhuǎn)動的螺旋件來說，一個相反的角度取向，以及3)至少四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，形成圍繞軸線的一整圈。
39.如權(quán)利要求37所述的公用桿，其特征在于每個螺旋件的直段長度沿軸線順序減小，使結(jié)構(gòu)件呈錐形。
40.一個信號桿，它包括a)一個長構(gòu)件，該長構(gòu)件豎直取向，具有一根縱軸線和上、下端，由下述部分構(gòu)成1)至少兩個間隔開來的螺旋件，每個螺旋件具有i)一個圍繞縱軸線的共同的角度取向，以及ii)至少四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，形成圍繞軸線的基本一整圈；以及2)至少一個反向螺旋件，連接于所述至少兩個螺旋件，具有i)相對于所述兩個螺旋件來說，一個相反的角度取向，以及ii)至少四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，形成圍繞軸線的基本一整圈；b)一個端板，連接于所述長構(gòu)件的下端，用于將長構(gòu)件的下端連接于支承表面；以及c)一個信號，連接于所述長構(gòu)件，包括標(biāo)記。
41.如權(quán)利要求40所述的信號桿，其特征在于所述長構(gòu)件還包括a)至少兩個間隔開來的被轉(zhuǎn)動的螺旋件，連接于所述至少兩個螺旋件和至少一個反向螺旋件，并相對于它們被轉(zhuǎn)動，每個所述被轉(zhuǎn)動的螺旋件具有1)一根共同的被轉(zhuǎn)動的縱軸線，2)一個圍繞被轉(zhuǎn)動的縱軸線的共同的角度取向，以及3)至少四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，形成圍繞被轉(zhuǎn)動的軸線的基本一整圈；以及b)至少一個被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件，連接于所述至少兩個螺旋件和至少一個反向螺旋件，并相對于它們被轉(zhuǎn)動，所述被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件具有1)一根與所述至少兩個被轉(zhuǎn)動的螺旋件共同的被轉(zhuǎn)動的縱軸線，2)相對于所述兩個被轉(zhuǎn)動的螺旋件，一個相反的角度取向，以及3)至少四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)件端部對端部地剛性連接，形成圍繞軸線的基本一整圈。
42.如權(quán)利要求40所述的信號桿，其特征在于還包括a)一個弓形構(gòu)件，具有連接于所述長構(gòu)件的上端的第一端，還包括1)至少兩個間隔開來的螺旋件，每個螺旋件具有i)一根共同的弓形軸線，ii)一個圍繞軸線的共同的角度取向，以及iii)至少三個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接；以及2)至少一個反向螺旋件，連接于所述至少兩個螺旋件，具有i)一根與所述至少兩個螺旋件共同的弓形軸線，ii)相對于所述兩個螺旋件來說，一個相反的角度取向，以及iii)至少三個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，以及b)信號連接于弓形構(gòu)件。
43.一種結(jié)構(gòu)件，它包括a)至少兩個間隔開來的螺旋件，每個螺旋件具有1)一根共同的縱軸線，2)一個圍繞軸線的共同的角度取向，以及3)四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，形成圍繞軸線的基本一整圈；以及b)至少一個反向螺旋件，連接于所述至少兩個螺旋件，具有1)一根與所述至少兩個螺旋件共同的縱軸線，2)相對于所述兩個螺旋件來說，一個相反的角度取向，以及3)四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，形成圍繞軸線的基本一整圈。
44.如權(quán)利要求43所述的結(jié)構(gòu)件，其特征在于還包括a)至少兩個間隔開來的被轉(zhuǎn)動的螺旋件，連接于所述至少兩個螺旋件和至少一個反向螺旋件，并相對于它們被轉(zhuǎn)動，每個所述被轉(zhuǎn)動的螺旋件具有1)一根共同的被轉(zhuǎn)動的軸線，2)一個圍繞被轉(zhuǎn)動的軸線的共同角度取向，以及3)四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，形成圍繞被轉(zhuǎn)動的軸線的基本一整圈；以及b)至少一個被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件，連接于所述兩個螺旋件和至少一個反向螺旋件，并相對于它們被轉(zhuǎn)動，具有1)一根與所述至少兩個被轉(zhuǎn)動的螺旋件共同的被轉(zhuǎn)動的縱軸線，2)相對于所述兩個被轉(zhuǎn)動的螺旋件來說，一個相反的角度取向，以及3)四個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，形成圍繞軸線的基本一整圈。
45.一種結(jié)構(gòu)件，它包括a)至少兩個間隔開來的螺旋件，每個螺旋件具有1)一根共同的縱軸線，2)一個圍繞軸線的共同的角度取向，以及3)五個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，形成圍繞軸線的基本一整圈；以及b)至少一個反向螺旋件，連接于所述至少兩個螺旋件，具有1)一根與所述至少兩個螺旋件共同的縱軸線，2)相對于所述兩個螺旋件來說，一個相反的角度取向，以及3)五個長的直段，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，形成圍繞軸線的基本一整圈。
全文摘要
一種等代桁架結(jié)構(gòu)(10)包括至少兩個螺旋件(30、32)和至少一個與其連接的具有反向角度取向的反向螺旋件(34)。每個螺旋件和反向螺旋件最好包括至少四個直段(22)，這些直段以螺旋形構(gòu)造端部對端部地剛性連接，形成圍繞共同軸線(14)的基本一整圈，從而形成第一正方形橫截面。該結(jié)構(gòu)還可包括至少兩個被轉(zhuǎn)動的螺旋件(80、92)和相對于螺旋件和反向螺旋件被轉(zhuǎn)動的至少一個被轉(zhuǎn)動的反向螺旋件(98)，形成一個相對于第一正方形橫截面被轉(zhuǎn)動的第二正方形橫截面。該結(jié)構(gòu)可以是直的、彎曲的、撓性的或構(gòu)成角形。
文檔編號E01F9/011GK1464934SQ01814980
公開日2003年12月31日 申請日期2001年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月28日
發(fā)明者戴維·W·詹森, 拉里·R·弗蘭科姆 申請人:布萊阿姆青年大學(xué)