CN103154396B - 高强度低密度多用途面板 - Google Patents

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Abstract

一种高强度低密度面板。所述面板由部段形成。每个部段都将优选地具有长方体或棱柱形状。每个部段的至少一个面设有扶壁。部段优选地相对于彼此倒置。部段被构造成使得它们与每个相邻的部段共用侧壁，这产生了横跨面板延伸的一系列撑条。棱柱形部段是成对的以形成长方体。这些长方体具有对角的内壁。长方体的内壁在面板中对齐以产生撑条，该撑条相对于其他撑条成角度地横跨面板延伸。最后，所有的扶壁被构造成使得相邻部段的以及对角部段的扶壁在大致相同点处与其相应的公用部段角相接。

Description

高强度低密度多用途面板
延续历史
本申请为美国专利申请No.12/563,833的部分连续案，后者为美国专利申请No.11/370,072、现在为美国专利7,591,114的连续案，美国专利7,591,114为美国专利申请No.10/796,732、现在为美国专利7,021,017的部分连续案，上述申请的全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明主要涉及结构性面板，并且具体涉及高强度低密度面板。
背景技术
在现有技术中众所周知包括有间隙空间以便节省材料和/或重量的结构性面板。然而，这些面板中的许多面板都在几个领域中的至少一个中存在不足。许多现有技术中的间隙空间都设计不良。间隙空间的内部形状很少被构造成提高结构的强度。此外，大多数现有技术间隙空间在面板中的定位都未选择成促进其他间隙空间的加强。就现有技术面板根本上具有加强构件而言，加强构件很少在每个方向上横跨整个面板延伸。因而，施加至现有技术面板的某一区域上的负荷常常必须由该区域孤立承担，而非将负荷横跨面板分布。由于这些设计不足，在现有技术中常常需要更大量材料来实现期望的面板强度。结果，现有技术面板通常在成本和重量方面不是尽可能地经济，或者牺牲其期望强度以满足重量和/或经济目标。因此，期望满足以下目标的多用途面板。
本发明的目标
本发明的目标是提供一种相对坚固的结构性面板。
本发明的另一目标是提供一种密度相对低的结构性面板。
本发明的另一目标是提供一种可通过相对少量材料构造的结构性面板。
本发明的仍另一目标是提供一种具有延伸过面板的长度和宽度的加强撑条的结构性面板。
本发明的仍另一目标是提供一种具有在对角方向上横跨面板延伸的加强撑条的结构性面板。
本发明的仍另一目标是提供一种具有延伸过面板的深度的加强撑条的结构性面板。
本发明的仍另一目标是提供一种可易于弯曲以符合期望形状的结构性面板。
发明内容
本发明包括一种高强度低密度面板。该面板具有上表面和下表面。该面板由多个部段构成。在一个优选实施例中，该部段可能为长方体(例如，盒状体)，优选在所有角上都具有直角。在另一优选实施例中，该部段可能为棱柱，最优选具有三角形底面。该部段将具有从面板的上表面延伸至下表面的侧壁。该侧壁应最优选地与面板的上部和下表面正交。优选地，每个部段也将具有支撑面和自由面，但是两个面视需要能够均被支柱支撑。在支撑面处提供扶壁。在长方体部段中，优选地，扶壁将包括与支撑面大致共面的正方形片材。在棱柱部段中，优选地，该片材为三角形。在两种优选实施例中，该片材将相对于支撑面偏移。优选地，撑条从该片材的每个边缘延伸。优选地，每根撑条都将延伸至与撑条从其延伸的片材的边缘相对的部段的角的中点。优选地，每根撑条也都将沿该部段的侧壁延伸。优选地，撑条形状为三角形。
在长方体实施例中，优选地，部段以平行的行和平行的列的方式布置在面板中。优选地，行和列垂直。优选地，长方体部段被布置成使得相邻部段的侧壁对齐，以产生横跨面板的长度和宽度的撑条。优选地，长方体部段还被布置成使得每个部段均相对于每个相邻部段倒置，并且通常与每个对角部段对齐。
在棱柱实施例中，优选地，在面板中将该部段成对布置，该对中的每个部段都相对另一部段倒置。一对棱柱部段将一起形成长方体。将这些长方体成行和成列地布置。优选地，所述行将平行，并且所述列也将平行。然而，取决于棱柱面的角度，所述行和列可能或可能不平行。由该部段对形成的长方体的外侧壁将与相邻长方体的侧壁对齐，以形成横跨面板长度和宽度延伸的撑条。在棱柱实施例中，将存在该对中的两个棱柱共有的侧壁，该侧壁也在每个棱柱内部。该内侧壁将在对角方向上横跨每个长方体延伸。优选地，长方体被布置在面板中，使得对角长方体的内侧壁对齐以形成在对角方向上横跨面板的另一组撑条。
部段还被构造成使得所述部段与相邻部段和对角部段共用它们的角。在优选实施例中，撑条被定位使得来自相邻部段和对角部段—长方体和棱柱—的撑条在相同点处与共用部段角相接，以更好地在面板中分布负荷。
也可使面板弯曲以配合具有可变曲率的表面。部段周界可变化以适应面板曲率和/或其强度要求的变化。
附图说明
图1示出长方体部段的优选实施例的透视图。
图2示出长方体部段的优选实施例的顶视图。
图3示出长方体部段的优选实施例的底视图。
图4示出长方体部段的优选实施例的剖切侧视图。
图4A以分解图示出了面板的剖切侧视图，所述面板由长方体部段并由层压上部层和下部层以及部段填充物构成。
图5示出以长方体部段构造的面板的优选实施例的透视图。
图6示出以长方体部段构造的面板的优选实施例的透视、部分剖切图。
图7示出棱柱部段的优选实施例的透视图。
图8示出棱柱部段的优选实施例的顶视图。
图9示出棱柱部段的优选实施例的底视图。
图10示出棱柱部段的优选实施例的剖切侧视图。
图11示出配对在一起以形成长方体的两个棱柱部段的优选实施例的透视图。
图12示出以棱柱部段构造的面板的优选实施例的透视图。
图12A示出以棱柱部段构造的面板的优选实施例的透视、部分剖切图。
图13示出以长方体部段构造的面板的优选实施例的透视图，其示出从大部段到小部段的优选过渡。
图13A示出以长方体部段构造的面板的优选实施例的透视、部分剖切图，其示出从大部段到小部段的优选过渡。
图14示出以棱柱部段构造的面板的优选实施例的透视图，其示出从大部段到小部段的优选过渡。
图14A示出以棱柱部段构造的面板的优选实施例的透视、部分剖切图，其示出从大部段到小部段的优选过渡。
图15示出以棱柱部段构造的面板的优选实施例的透视图，其图解了穿过面板延伸的孔和加强杆/导管。
图15A示出以棱柱部段构造的面板的优选实施例的透视、部分剖切图，其图解了穿过面板的孔和加强杆/导管。
图15B示出以棱柱部段构造的面板的优选实施例的透视、部分剖切图，其图解了面板中的孔。
图16示出以长方体部段构造的面板的优选实施例的透视图，其图解了穿过面板延伸的孔和加强杆/导管。
图16A示出以长方体部段构造的面板的优选实施例的透视、部分剖切图，其图解了穿过面板延伸的孔和加强杆/导管。
图16B示出以长方体部段构造的面板的优选实施例的透视、部分剖切图，其图解了面板中的孔。
图17示出以长方体部段构造的面板的优选实施例的透视图，其中撑条从支撑面延伸至自由面。
图17A是以长方体部段构造的面板的优选实施例的透视、部分剖切图，其中撑条从支撑面延伸至自由面。
图18示出以棱柱部段构造的面板的优选实施例的透视图，其中撑条从支撑面延伸至自由面。
图18A是以棱柱部段构造的面板的优选实施例的透视、部分剖切图，其中撑条从支撑面延伸至自由面。
图19示出具有部段和接头的弯曲面板的优选实施例的侧面剖切分解图。
图20是已装配的图19的弯曲面板的剖切侧视图。
具体实施方式
本发明包括高强度低密度面板1。面板1具有相对下表面3的上表面2。优选地，面板1由多个大致中空的部段4构成。
在一个优选实施例中，部段4为长方体，优选为矩形长方体或正方形长方体，并且最优选为立方体。优选地，每个部段4都具有相对自由面6的支撑面5。虽然按下文所述，部段4将具有自由面6和支撑面5，但是应明白，能够通过简单地使面对支撑面5的面镜像支撑面5形成具有两个支撑面5而无自由面6的部段4。
在优选长方体实施例中，每个部段4还将包括四个在支撑面5和自由面6之间延伸的角部7。每个角部7都将具有中点7M。四个材料侧壁8从每个角部7延伸至每个相邻角部7。四个侧壁8、支撑面5和自由面6形成长方体。
将每个侧壁8的与支撑面5共面的边缘都称为支撑边界9。类似地，将每个侧壁8的与自由面5共面的边缘都称为自由边界10。每个支撑边界9都具有中点9M，并且每个自由边界具有中点10M。
优选地，每个部段4都设有至少一个扶壁(buttress)11。在包括长方体部件4的优选实施例中，扶壁11由优选为实心的材料片材12构成。在长方体实施例中，优选地，片材12为矩形并且最优选为正方形。优选地，片材12大致与支撑面5共面。在该实施例中，片材12将具有四个角13。优选地，将每个角13都定位在每个支撑边界9的每个中点9M处或其附近。通过以该方式定位片材12，将部段4中一个角部7定位在片材12的每对相邻角13之间。优选地，片材12将在中点9M中的每个附近与侧壁8整体连接。
优选地，扶壁11还将包括撑条14。优选地，每根撑条14都从片材12的边缘20延伸，并且最优选从片材12的一对相邻角13延伸。每根撑条14都将从片材12延伸至定位在片材12的相邻角13之间的部段4的角部7中的一个。优选地，每根撑条14都将在角部7的中点7M附近相接部段4的每个角部7。优选地，每根撑条14都将在中点7M处与角部7整体连接。优选地，撑条14大致为三角形形状。优选地，三角形撑条14具有底边15，底边15与片材12的边缘20共线并且与该边缘整体连接。三角形撑条14还具有两个侧边16，该两个侧边16从底边15延伸至与底边15相对的角部7的中点7M附近。优选地，侧边16沿侧壁8延伸。最优选地，侧边16整体连接侧壁8。
优选地，每个扶壁11都具有多根撑条14。优选地，撑条14从片材12的每个边缘20延伸。然而，在一个实施例中，撑条14仅从片材12的四个边缘20中的两个边缘延伸，以便节省材料。在该实施例中，优选地，撑条14将从位于片材12的相对侧上的边缘20延伸。
应明白，施加至扶壁11的负荷将被分布至侧壁8，其中片材12在中点9M附近相接支撑边界9，并且其中撑条14沿侧壁8延伸并且被连接至侧壁8。类似地，施加至扶壁11的负荷将被分布至角部7，其中撑条14在中点7M附近相接角部7。通过该方式，垂直地(或另外地以某个角度)施加至支撑面5的负荷将被分布给面板1的最适合承载该负荷的结构—角部7和侧壁8。
还应明白，将通过撑条14以及通过片材12和支撑边界9之间的连接将施加至侧壁8和角部7的负荷分布至扶壁11。扶壁11又将该负荷分布至其他侧壁8和角部7。通过该方式，垂直地(或另外地以某个角度)施加至侧壁8和角部7的负荷将被分布到扶壁11以及分布到其他侧壁8和角部7。
侧壁8和扶壁11通常将为材料的实心连续面板。然而，为了降低构造面板1所需的材料量，侧壁8和扶壁11可包括孔31。也可利用孔31，以便允许用于配线、空气或其他气体、液压管线或接入的导管32穿过面板1。通过适当定位和确定孔31的尺寸，孔31可向导管32提供通过侧壁8和/或扶壁11的通道，同时避开扶壁11的撑条14。虽然仅以直线示出，但是为了允许配线、接入或液压管线在面板1内改变方向或完全离开面板1，能够在导管32中提供弯接头。
视需要，加强杆33也可穿过孔。优选地，加强杆33将匹配孔31的形状，虽然示出该形状为圆形，但是其可为三角形、正方形、菱形或任何其他可能方便的形状。可通过传统手段，诸如粘合剂、旋转(摩擦)焊接、在施工期间将其模制在适当位置或者通过本领域技术人员已知的其他方法，将加强杆33连接至侧壁8。加强杆33可能为实心或空心。当为空心时，它们能够用作加强杆33和导管32。加强杆33将使侧壁8拉紧和变硬，并且用于大致加强面板1。可使用加强杆33将面板1的相邻部段或面板1连接至相邻的结构。能够在相邻面板或结构中提供经构造成与面板1的加强杆33相接合的公部件或母部件。能够通过螺纹、焊接、粘接或其他传统紧固手段连接该匹配部件，因此将面板1连接至期望目标。
如上所述，面板1由多个部段4形成。优选地，以一系列大致平行的列17和大致平行的行18布置部段4。优选地，行18和列17彼此大致垂直。优选地，该布置将使行18和列17中的每个部段4的侧壁8与相邻部段4的侧壁8对齐。因而，侧壁8将形成横跨面板1延伸的互连且大致垂直的撑条19。撑条19将用于把施加到面板1的负荷横跨整个面板分布。
优选地，将部段4以相对彼此的倒置形式定向。在该构造中，从任何部段4开始，优选地，每个相邻部段4都具有相反取向。也就是说，如果将选择的部段4定向为使得其支撑面5在面板1的上表面2中，那么每个相邻部段4被定向成使得其支撑面5在面板1的下表面3中。相邻部段4为共用一个侧面侧壁8和两个角部7的那些部段。
在该优选倒置构造中，从任何部段4开始，优选地，每个对角部段4都将具有和开始部段4相同的取向。也就是说，如果选择部段4定向成使得其支撑面5在面板1的上表面中，那么每个对角部段4将定向成使得其支撑面在面板1的上表面2中。对角部段4是共用一个角部7并且不共用侧壁8的那些部段。
以上述方式布置部段4将允许扶壁11加强整个面板1。上表面2和下表面3应同样强固。然而，应明白，当发生预期的负荷情况时，部段4通常可定向成使得其支撑面5全部处于面板1的上表面2或下表面3中，以便向面板1的一侧提供另外加强。在该实施例中，优选地，撑条14将从支撑面5延伸至自由面6，而非终止于中点7M处，如部段4的定向交替时所优选的。
优选设计(交替部段)的优点之一在于，来自相邻的和对角长方体部段4的撑条14将在大致相同的点即中点7M处与公共角部7相接。这将促进施加至面板1的负荷的分布。作为例子，读者可考虑施加至面板1的部段4之一的单个支撑面5的负荷。不是撑条14仅将负荷传递至部段4的包含支撑面5的角部7和侧壁8，而是使相邻的撑条14在公共角部7上在公共点处相接，负荷将易于被传递至邻近部段4的支撑面5，优选地，其将处于面板1的与被直接施加有负荷的支撑面5相对的一侧上。因而，将由包括四个相邻部段4的支撑面5的基部来支撑被施加至单个部段4的支撑面5的负荷。
在另一实施例中，部段4交替，但是优选地，撑条14将从支撑面5延伸至自由面6，而非在中点7M处终止。这里，撑条14将不在中点7M处相接，但每个公共角部7都将由四根撑条14支撑：在每个角部7的每一端处有两根撑条。这还将导形成在对角方向上横跨每个侧壁8的四根撑条14：每个侧壁8的每个面上有两根撑条14。该最终形成的设计应具有高抗压性和抗剪性。
在另一优选实施例中，部段104为棱柱，具有三角形底面121。优选地，每个部段104都具有相对自由面106的支撑面105。支撑面105和自由面106为棱柱的底面121。虽然按下文所述，部段104将具有自由面106和支撑面105，但是应明白，能够通过简单地使面对支撑面105的面镜像支撑面105而形成具有两个支撑面105而无自由面106的部段104。
在优选棱柱实施例中，每个部段104都还将包括在支撑面105和自由面106之间延伸的三个角107。每个角107都具有中点107M。材料的三个侧壁108从每个角107延伸至每个相邻角107。三个侧壁108、支撑面105和自由面106形成棱柱。
侧壁108和扶壁111将通常为材料的实心连续面板。然而，为了降低构造面板101所需的材料量，侧壁108和扶壁111可包括孔131。也可利用孔131，以便允许用于配线、空气或其他气体、液压管线或接入的导管132延伸穿过面板101。通过适当定位和确定孔131和/或扶壁111的尺寸，孔131可向导管132提供通过侧壁108和/或扶壁111的通道，同时避开扶壁111的撑条114。虽然仅以直线示出导管132，但是为了允许配线、接入或液压管线在面板101内改变方向或完全离开面板101，能够在导管132中提供弯接头。
视需要，加强杆133也可延伸穿过孔。优选地，加强杆133将匹配孔131的形状，虽然示出该形状为圆形，但是其可为三角形、正方形、菱形或任何其他可能方便的形状。可通过传统手段，诸如粘合剂、旋转(摩擦)焊接、在施工期间将其模制在适当位置或者通过本领域技术人员已知的其他方法，将加强杆133连接至侧壁108。加强杆133可能为实心或空心。当为空心时，它们能够用作加强杆133和导管132。加强杆133将使侧壁108拉紧和变硬，并且用于大致加强面板101。
可使用加强杆133将面板101的相邻部段或将面板101连接至相邻结构。能够在相邻面板或结构中提供被构造成用以与面板101的加强杆133相接合的公部件或母部件。能够通过螺纹、焊接、粘接或其他传统紧固装置连接该匹配部件，因此将面板101连接至期望目标。
将每个侧壁108的与支撑面105共面的边缘称为支撑边界109。类似地，将每个侧壁108的与自由面106共面的边缘称为自由边界110。每个支撑边界109都具有中点109M，而每个自由边界都具有中点110M。
优选地，每个部段104都设有至少一个扶壁111。在包括棱柱部段104的优选实施例中，扶壁111由优选实心的材料片材112构成。在棱柱实施例中，优选地，片材112为三角形。最优选地，片材112将具有等边三角形形状，但是对于某些具体负荷应用，可能期望使用具有直角三角形或其他三角形形状的片材112。优选地，片材112将与支撑面105大致共面。在该实施例中，片材112将具有三个角113。优选地，每个角113都位于每个支撑边界108的每个中点109M处或附近。通过以该方式定位片材112，就将部段104的角107之一定位在片材112的每个相邻对的角113之间。优选地，片材112在中点109M中每一个附近与侧壁108整体连接。
优选地，扶壁111还包括撑条114。优选地，每根撑条114都从片材112的边缘120延伸，并且最优选从片材112的一对相邻角113延伸。每根撑条114都将从片材112延伸至定位在片材112的相邻角113之间的部段104的角107之一。优选地，每根撑条114都将在角107的中点107M附近相接部段104的每个角107。优选地，每根撑条114都将在中点107M附近整体连接角107。优选地，撑条114大致为三角形形状。优选地，三角形撑条114具有底边115，该底边115与片材112的边缘120共线，并且被整体连接至该边缘120。三角形撑条114还具有两个侧边116，该两个侧边116从底边115延伸至与底边115相对的角107的中点107M附近。优选地，侧边116沿侧壁108延伸。最优选地，侧边116整体连接侧壁108。
优选地，每个扶壁111都具有多根撑条114。优选地，撑条114将从片材112的每个边缘120延伸。
应明白，关于在部段4的长方体实施例中在整个片材1分布负荷的上述陈述将同等应用于部段104的棱柱实施例包含的片材101。
在棱柱实施例中，优选地，将棱柱部段104配对在一起，以便部段104的每对122都一起形成长方体124。每个棱柱部段104的三个侧壁108中的两个侧壁将形成长方体124的外侧壁208。将在两个棱柱部段104之间共用每对122中的每个棱柱部段104的第三侧壁108。该共用内壁123将在对角方向上横跨长方体124延伸。
优选地，长方体124在面板101内以一系列大致平行的列117和大致平行的行118布置。行118和列117可彼此大致垂直，或者它们可能以大于或小于九十度的角相交。优选地，该布置将使行118与列117中的每个长方体124的外侧壁208与相邻长方体124的外侧壁208对齐。因而，外侧壁208将形成横跨面板101延伸的互相连接的撑条119。取决于行118和列117的相对角度，外侧壁208形成的撑条可能或可能不彼此大致垂直。
使用部段104的棱柱实施例通过面板101中的行118和列117形成的撑条119将非常类似于使用部段4的长方体实施例通过面板1中的行18和列17形成的撑条19。然而，使用棱柱实施例的在面板101的长方体124中出现的共用内壁124将形成另外的撑条119组。在棱柱实施例中，优选地，长方体124将定位成使得对角长方体124的共用内壁124将对齐。这将产生在对角方向上横跨面板101的另外撑条119组。所有撑条119将用于横跨整个面板分布被施加至面板101的负荷。
优选地，在部段对122和长方体124内，棱柱部段104相对彼此以倒置模式定向。在该构造中，从任何部段104开始，其对配合都将优选具有相反的取向。也就是说，如果选择的部段104定向成使得其支撑面105处于面板101的上表面102内，那么其对配合将定向成使得其支撑面105处于面板101的下表面103中。优选地，所有长方体都将具有相同的取向。如果这样，这将导致面板101内的每个部段104都相对于其所有相邻邻接的部段104具有相反取向。相邻部段104是共用一个侧壁108和两个角107的那些部段。
以上述方式布置部段104将允许扶壁111加强整个面板101。上表面102和下表面103应同等强固。然而，应理解，当发生预期的负荷情况时，部段104通常可定向成使得支撑面105全部处于面板101的上表面102或下表面103中，以便向面板101的一侧提供另外的加强。在该实施例中，优选地，撑条114将从支撑面105延伸至自由面106，而非终止于中点107M处，如部段104的取向交替时所优选的。
优选设计(交替部段)的一种优点在于，来自相邻和对角棱柱部段104的撑条114将在大致相同的点即中点107M处相接公共角107。这将促进施加至面板101的负荷的分布。作为例子，读者应考虑施加至面板101的部段104之一的单个支撑面105的负荷。不是撑条114仅将负荷传递至部段104的包含支撑面105的角107和侧壁108，而是通过使相邻撑条114在公共角107上在公共点处相接，负荷将易于被传递至相邻和对角部段104的支撑面105，优选地，其将处于面板101的与直接施加有负荷的支撑面105相对的一侧上。因而，将由包括对角部段104中的三个和三个相邻部段104的支撑面105的基部支撑施加至单个部段104的支撑面105的负荷。见图12。
在另一实施例中，部段104交替，但是优选地，撑条114将从支撑面105延伸至自由面106，而非在中点107M处终止。这里，撑条114将不在中点107M处相接，而是每个公共角107都将由六根撑条114支撑：每个角107的每一端有三根。这也将导致在对角方向上横跨每个侧壁108延伸的四根撑条114：每个侧壁108的每个面上有两根撑条114。该最终形成的设计应具有高抗压性和抗剪性。
面板1、101可能易于适与弯曲表面一起使用。当仅弯曲上表面2、102或下表面3、103时，角部7、107的高度可变，以改变侧壁8、108的高度。该变化将使支撑面5、105和自由面6、106倾斜。然而，应明白，优选地，任何部段4、104的支撑边界9、109都应保持共面。类似地，优选地，任何部段4、104的自由边界10、110也将保持共面。这将允许在每个部段4、104内，自由面6、106以及具体地支撑面5、105的任何倾斜都恒定。
当用手或其他一次性施工方法构造面板1、101时，优选地，不管曲率如何，侧壁8、108应实际尽可能接近垂直于上表面2、102和下表面3、103。为了促进该步骤，虽然优选地在任何一个部段4、104中都将使得支撑面5、105和自由面6、106的周界长度在大多数应用中相同，但是支撑面5、105和自由面6、106的周界长度可横跨面板1、101变化。当支撑面5、105和自由面6、106的周界长度相对于面板1、101中的其他部段4、104缩小时，结果将是(A)更小部段4、104，其占用面板1、101的更小的表面积；(B)每平方英寸上表面2、102和下表面3、103中的更多部段4、104；(C)角部7、107和侧壁8、108，其保持大致垂直于表面2、102和3、103；以及(D)弯曲区域中的面板1、101中的强度大致增大(与增大的强度大致等同的每平方英寸更多部段)，以补偿在许多结构中该弯曲区域必须承载的更大应力。
当使用模具制作面板1、101时，如期望多层面板1、101时典型如此，将优选保持侧壁8、108相对于模具垂直—即，彼此平行并且垂直，以便可易于打开模具。当面板1、101扁平时，这不造成困难。但是，当面板1、101弯曲时，保持侧壁8、108平行将导致侧壁1、101从相对于上部和下表面2、102和3、103垂直移位。侧壁8、108偏离垂直还将导致与侧壁8、108一起构成单个部段4、104的扶壁11、111和撑条14、114的变形。取决于偏离程度、面板1、101可能承载的负荷以及预期施加这些负荷的方向，该偏离和变形可能是可接受的或随到是希望的。然而，当期望主要地垂直于表面2、102和3、103施加负荷时，通常将期望侧壁8、108实际尽可能地保持接近垂直于表面2、102和3、103。为了实现该步骤，当面板1、101弯曲时；发明人考虑在施工期间将面板1、101分为部段150。具体面板将需要被分成的部段150的数目将取决于多种因素，包括：面板1、101的弯曲度；构造面板1、101的材料；面板1、101的尺寸；以及面板1、101的目标用途。然而，在其他各点都相同的情况下，发明人考虑以足够频率将弯曲面板1、101分为部段150，以避免侧壁8、108从相对于表面2、102和3、103垂直偏离超过10度。
应明白，如果一个弯曲面板部段150的侧壁8、108彼此平行和垂直，并且垂直于第一面板部段150的表面2、102和3、103，并且如果第二且相邻的弯曲面板部段150的侧壁8、108彼此平行和垂直，并且垂直于第二面板部段150的表面2、102和3、103，第一部段150的侧壁8、108就将不平行于或垂直于相邻部段150的侧壁8、108。本质上，这将导致相邻部段150以某个角度相接。这也将导致相邻部段150中的撑条14、114的端点彼此不对齐。
如果相邻部段150以某个角度相接，将导致部段150之间的间隙。通常期望填充该间隙。发明人考虑使用楔形接头151填充该间隙并且将相邻部段150连接在一起。使用粘合剂、焊接、机械紧固件或其他传统紧固技术将接头151和部段150连接在一起。用于接头151的材料将取决于面板1、101和部段150的目标用途、它们的相对膨胀特性等改变。然而，总体上，发明人考虑形成接头151的材料比面板1、101的其余部分的材料更强固。例如，当部段150由塑料形成时，接头151可为钢或铝。通过将相邻部段150连接至接头151，应明白，接头151将允许将力从一个部段150的扶壁、撑条和侧壁传递至相邻部段150的扶壁、撑条和侧壁，因此虽然面板1、101由多个部段构成，也允许将负荷在整个面板1、101上分布。
根据需要，长方体部段4的尺寸可变化以促进使面板1弯曲或提供更大或更小强度。当长方体部段4的尺寸变化时，这将产生面板1的包含较大部段4的相对低密度部分以及面板1的包含较小部段4A的较高密度部分。部段4、4A将理想地以1：9的比例变化。也就是说，与标准尺寸的部段4相邻的将是九个较小部段4A。优选地，较小部段4A将具有和部段4相同的交替取向。这将确保面板1的低密度部分中的扶壁11的撑条14将在过渡区的角部7处与至少一个交替取向的撑条4A相接。见图13。
类似地，当棱柱部段104的尺寸变化时，将形成面板101的包含相应的较大部段104和较小部段104A的相对低密度部分和相对高密度部分。然而，在面板101的棱柱版本中，部段104、104将理想地以1：4的比例变化。也就是说，与标准尺寸的部段104相邻的将是四个较小部段104A。优选地，较小部段104A将具有和部段104相同的交替取向。这将再次确保面板101的低密度部分中的扶壁111的撑条114将在过渡区的角107处与至少一个交替取向的撑条114A相接。见图14。
面板1、101的两个实施例均可用以构造任何的结构：在该结构中，出于重量考虑或经济性方面的原因，高强度和低密度是重要的。实例包括滑雪橇；冲浪板；棚架材料；用于建筑物、飞机、航空器、汽车、船只的构造面板等等。应明白，为了形成更复杂的结构，可视需要将面板1、101连接在一起。如果在具体应用中需要，可向面板1、101中一些或全部间隙空间添加专用或通用填料301。填料材料的例子包括消音材料，诸如聚醚氨酯，或者耐火材料，诸如石棉、酚醛基泡沫以及石膏粒。视需要，为了美学、结构学、空气动力学、水力学或其他原因，可在面板1、101的上表面2、102和/或下表面3、103上施加层压表面302。
优选地，将使用适于注入模塑或其他类似模塑工艺的模具制作面板1、101。一旦闭合，就以塑料、橡胶、泡沫、水泥、钢、铝或任何其他可模塑材料填充模具。一旦材料已变硬和/或固化，就将打开模具，留下期望的高强度低密度面板1、101。通过上文应明白，虽然上文将面板1、101描述为各个部段4、104的组合，但是在优选实施例中，面板1、101将为整体组合物，其中每个部段4、104都将无缝地联接到其相邻部段中。
虽然已根据本发明的优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员通过阅读上文应清楚其他实施例。这些实施例以及优选实施例意图被下文权利要求的范围和精神所涵盖。

Claims (47)

1.一种高强度低密度面板，所述面板具有与下表面相对的上表面，所述面板包括：
多个中空的部段，每个所述部段都具有与第二面相对的支撑面以及在所述支撑面和所述第二面之间延伸的四个角部；
每个部段都具有连续材料的四个侧壁，每个所述侧壁从每个角部延伸至相邻的角部；每个所述侧壁还从与所述支撑面共面的支撑边界延伸至与所述第二面共面的第二边界；其中，每个边界都具有中点，并且其中每个角部都具有中点；
每个部段都具有扶壁，所述扶壁包括与所述支撑面共面定位的矩形片材，其中所述矩形片材具有四个角部，并且其中所述矩形片材的每个角部都在所述支撑边界的中点附近连接所述支撑边界中的一个支撑边界；每个扶壁还包括多个撑条，每个撑条都从所述矩形片材的两个相邻的角部延伸至所述部段角部中的、在所述矩形片材的所述相邻角部之间定位的一个部段角部。
2.根据权利要求1所述的高强度低密度面板，其中从所述矩形片材的所述两个相邻角部延伸的每个所述撑条都延伸至所述部段角部中的、在所述矩形片材的所述相邻角部之间定位的所述一个部段角部的所述中点附近。
3.根据权利要求2所述的高强度低密度面板，其中所述部段以成行和成列的方式定位在所述面板中。
4.根据权利要求3所述的高强度低密度面板，其中所述部段相对彼此定位使得一个部段的侧壁连接每个相邻部段的侧壁，由此横跨所述面板产生互锁的多个撑条。
5.根据权利要求4所述的高强度低密度面板，其中所述互锁的多个撑条包括两组平行的撑条。
6.根据权利要求5所述的高强度低密度面板，其中，所述组的撑条是垂直的。
7.根据权利要求2所述的高强度低密度面板，其中所述扶壁撑条是三角形的。
8.根据权利要求7所述的高强度低密度面板，其中所述多个三角形撑条沿所述部段的相邻侧壁延伸并且连接到所述部段的相邻侧壁。
9.根据权利要求8所述的高强度低密度面板，其中所述侧壁还包括多个对齐的孔。
10.根据权利要求9所述的高强度低密度面板，还包括穿过所述对齐的孔延伸的刚性的杆，由此所述杆加强所述面板。
11.根据权利要求10所述的高强度低密度面板，其中所述杆是中空的，由此所述杆用作穿过所述面板的导管。
12.根据权利要求11所述的高强度低密度面板，其中所述杆定位为不穿过扶壁撑条。
13.根据权利要求1所述的高强度低密度面板，其中所述第二面为自由面，不具有扶壁。
14.根据权利要求13所述的高强度低密度面板，其中所述部段相对于彼此以交替模式定向，由此与具有与所述面板的所述上表面接近的支撑面的部段相邻的每个部段都具有与所述面板的所述上表面接近的自由面。
15.根据权利要求14所述的高强度低密度面板，其中与具有与所述面板的所述上表面接近的支撑面的部段成对角的每个部段都具有与所述面板的所述上表面接近的支撑面。
16.根据权利要求15所述的高强度低密度面板，其中所述部段被相对彼此布置使得所述面板内部的每个部段角部被四个部段共用。
17.根据权利要求16所述的高强度低密度面板，其中来自共用所述角部的所述四个部段中的每个部段的三角形撑条在相同的点附近与所述角部相接。
18.根据权利要求1所述的高强度低密度面板，其中以消音材料填充所述中空的部段。
19.根据权利要求1所述的高强度低密度面板，其中以耐火材料填充所述中空的部段。
20.根据权利要求1所述的高强度低密度面板，还包括覆盖所述面板的所述上表面的层压表面。
21.根据权利要求1所述的高强度低密度面板，其中所述面板具有较高密度区域和较低密度区域，其中所述较高密度区域由所述多个中空的部段中的一部分构成，并且其中所述较低密度区域由所述多个中空的部段中的另一部分构成，其中所有的所述部段都具有周界，并且其中包括所述较高密度区域的所述部段的周界的周长小于包括所述较低密度区域的所述部段的周界的周长。
22.根据权利要求21所述的高强度低密度面板，其中包括所述较低密度区域的所述部段的所述周长相对于包括所述较高密度区域的所述部段的所述周长以1:9的比例确定尺寸。
23.根据权利要求1所述的高强度低密度面板，其中所述面板是弯曲的。
24.一种高强度低密度面板，所述面板具有与下表面相对的上表面，所述面板包括：
多个中空的部段，每个所述部段都具有与第二面相对的支撑面以及在所述支撑面和所述第二面之间延伸的三个角部；
每个部段都具有连续材料的三个侧壁，每个所述侧壁从每个角部延伸至相邻的角部；每个所述侧壁还从与所述支撑面共面的支撑边界延伸至与所述第二面共面的第二边界；其中，每个边界都具有中点，并且其中每个角部都具有中点；
每个部段都具有扶壁，所述扶壁包括与所述支撑面共面定位的三角形片材，其中所述三角形片材具有三个角部，并且其中所述三角形片材的每个角部都在所述支撑边界的中点附近连接所述支撑边界中的一个支撑边界；每个扶壁还都包括多个撑条，每个撑条都从所述三角形片材的两个相邻角部延伸至所述部段角部中的、在所述三角形片材的所述相邻角部之间定位的一个部段角部。
25.根据权利要求24所述的高强度低密度面板，其中从所述三角形片材的所述两个相邻角部延伸的每个所述撑条都延伸至所述部段角部中的、在所述三角形片材的所述相邻角部之间定位的所述一个部段角部的所述中点附近。
26.根据权利要求25所述的高强度低密度面板，其中所述部段以相邻的对的形式定位，以形成多个长方体。
27.根据权利要求26所述的高强度低密度面板，其中所述相邻的对的部段中的每个部段的所述侧壁中的两个侧壁形成所述长方体的外侧壁。
28.根据权利要求27所述的高强度低密度面板，其中所述多个长方体以成行和成列的方式定位在所述面板中。
29.根据权利要求28所述的高强度低密度面板，其中所述长方体被相对彼此定位使得一个长方体的所述外侧壁连接每个相邻的长方体的所述外侧壁，由此横跨所述面板产生互锁的多个撑条。
30.根据权利要求28所述的高强度低密度面板，其中所述相邻的对的部段中的每个部段的所述侧壁中的一个侧壁形成在对角方向上横跨所述长方体延伸的内壁。
31.根据权利要求30所述的高强度低密度面板，其中所述长方体被相对彼此定位使得一个长方体的所述内壁连接每个成对角的长方体的所述内壁，由此横跨所述面板产生互锁的多个撑条。
32.根据权利要求26所述的高强度低密度面板，其中所述撑条是三角形的。
33.根据权利要求32所述的高强度低密度面板，其中所述多个三角形撑条沿所述部段的相邻侧壁延伸并且连接到所述部段的相邻侧壁。
34.根据权利要求33所述的高强度低密度面板，其中所述侧壁还包括多个对齐的孔。
35.根据权利要求34所述的高强度低密度面板，还包括穿过所述对齐的孔延伸的刚性的杆，由此所述杆加强所述面板。
36.根据权利要求35所述的高强度低密度面板，其中所述杆是中空的，由此所述杆用作穿过所述面板的导管。
37.根据权利要求36所述的高强度低密度面板，其中所述杆定位为不穿过扶壁撑条。
38.根据权利要求24所述的高强度低密度面板，其中所述第二面为自由面，不具有扶壁。
39.根据权利要求38所述的高强度低密度面板，其中所述部段相对于彼此以交替模式定向，由此与具有与所述面板的所述上表面接近的支撑面的部段共用侧壁的每个部段都具有与所述面板的所述上表面接近的自由面。
40.根据权利要求39所述的高强度低密度面板，其中所述部段被相对彼此布置使得所述面板内部的每个角部都被至少六个部段共用。
41.根据权利要求40所述的高强度低密度面板，其中连接与被所述至少六个部段共用的所述角部的所有所述撑条都在相同点处与所述角部相接。
42.根据权利要求24所述的高强度低密度面板，其中以消音材料填充所述中空的部段。
43.根据权利要求24所述的高强度低密度面板，其中以耐火材料填充所述中空的部段。
44.根据权利要求24所述的高强度低密度面板，还包括覆盖所述面板的所述上表面的层压表面。
45.根据权利要求24所述的高强度低密度面板，其中所述面板具有较高密度区域和较低密度区域，其中所述较高密度区域由所述多个中空的部段中的一部分构成，并且其中所述较低密度区域由所述多个中空的部段中的另一部分构成，其中所有所述部段都具有周界，并且其中包括所述较高密度区域的所述部段的周界的周长小于包括所述较低密度区域的所述部段的周界的周长。
46.根据权利要求45所述的高强度低密度面板，其中包括所述较低密度区域的所述部段的所述周长相对于包括所述较高密度区域的所述部段的所述周长以1:4的比例确定尺寸。
47.根据权利要求24所述的高强度低密度面板，其中所述面板是弯曲的。
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