CN1692205A - 三维栅格板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三维栅格板。该三维栅格板(10)包括布置在两个隔开栅格(24，26)之间并与这两个隔开栅格连接的一中间栅格(28)。两个隔开栅格中的各个栅格包括一第一多个细长构件(30，40)，和横向于第一多个构件定向并且在节点处与第一多个构件相交的一第二多个细长构件(32，42)。这个中间栅格包括各个构件在两个隔开栅格的节点之间延伸的一第一多个中间构件(46)，和各个构件在两个隔开栅格的节点之间延伸并横向于第一多个中间构件定向的一第二多个中间构件(48)。
Description
技术领域
本发明总体上涉及一种三维栅格结构或板。更具体地说，本发明涉及一种具有提高的硬度和/或强度的栅格结构或板。
背景技术
在民用领域，机械领域，航空领域和竞技场中，对在结构上有效的结构的研究正成为一种追求。有效的桁架结构是具有高的强度与重量比和/或高的硬度与重量比的结构。有效的桁架结构也可以被描述为成本较低，容易制造和组装，而且不会浪费材料的结构。
桁架是被设计用于支承负载、而且通常为固定的和完全受约束的结构。它们由直部件组成，这些直部件在位于各个部件端部的接头处相互连接。这些部件是二力部件，其受到的力是沿着部件指向的。二力部件可以只在部件中产生轴向力，例如拉力(张力)和压力。桁架常常被用在桥梁和建筑物的结构中。桁架被设计成可以支承作用在桁架平面上的负载。因此，桁架常常被作为二维结构进行处理和分析。最简单的二维桁架由三个部件组成，这三个部件在其端部进行结合从而形成一个三角形。通过相继地将两个部件加到这个简单结构和新接头，就可以获得更大的结构。
最简单的三维桁架由六个部件组成，这六个部件在其端部进行结合从而形成四面体。通过相继地将三个部件加到四面体和新接头，就可以获得更大的结构。这个三维结构被认为是空间桁架。
与桁架对立的框架也通常是固定而且完全受约束的结构，只是具有至少一个多力部件，有一个力不是沿着部件进行指向的。机构是包含移动部的结构，并且被设计成可以传输和改变力。机构，如框架，包含至少一个多力部件。多力部件可以不仅产生拉力和压力，而且还会产生剪切和弯曲力。
传统结构设计已经被限制到一维或两维分析，以抵抗单一负载类型。例如，工字梁被优化以抵抗弯曲，而且管被优化以抵抗扭转。将设计分析限制到两维，可以简化设计过程，但是忽视了复合负载。三维分析很困难，因为概念化和计算三维负载和结构就很困难。事实上，许多结构必须能抵抗多个负载。现在可以利用计算机来模拟更复杂的结构。
复杂的三维结构或结构部件已经开发出来，而且提高了性能特征，例如增加了强度，增加了刚度，减少了重量，等。这种结构在1999年7月13日出版的US专利5,921,048中进行了描述。这种结构可以包括两个相互交迭的，偏置的，象管一样的结构。第一结构可以包括至少两个隔开的螺旋构件，和被连接到所述至少两个螺旋构件的至少一个反螺旋构件。螺旋和反螺旋的构件具有一个共同的纵向轴线，但是围绕轴线的角定向相反。此外，各个螺旋和反螺旋构件可以包括至少三个细长直段，这些段以螺旋结构刚性地首尾相连，从而绕着轴线形成一个单一的，完整的旋转。这样，螺旋和反螺旋构件形成一第一三角形横截面。在一个方面，这个结构包括三个螺旋构件和三个反螺旋构件。此外，第二结构可以包括旋转螺旋构件，和旋转反螺旋构件，这些构件类似于上述螺旋和反螺旋构件，但是相对于上述螺旋和反螺旋构件旋转。这样，旋转螺旋和旋转反螺旋构件形成一第二三角形横截面，这个横截面相对于第一三角形横截面旋转。在一个方面，这个结构包括三个旋转螺旋构件和三个旋转反螺旋构件，总共有十二个螺旋构件。总之，螺旋，反螺旋，旋转螺旋，旋转反螺旋构件看起来是一个想象的管状部件，当沿着轴线看时，这个部件具有一个六角星形横截面。各种螺旋构件在外部节点和内部节点处相交。这些构件形成六个内部和六个外部节点。纵向或轴向构件可以平行于轴线延伸，并且与内部和/或外部节点相交。
这种三维结构显示出可以大大保证用于各种用途，例如桁架，杆，柱等。但是因为总体上呈圆形的结构的原因，这种桁架或杆结构可能很难用在其它结构中。
发明内容
人们已经认识到，开发一种具有较平和较薄的结构而且硬度和强度得到提高的三维结构或板是很有利的。
本发明提供了一种带有一中间栅格的三维栅格板，这个中间栅格布置在两个隔开栅格之间并且与这两个隔开栅格互连。这两个隔开栅格各自包括：(1)一第一多个隔开细长构件；和(2)横向(横穿)于第一多个构件定向并在节点处与第一多个构件相交的一第二多个隔开的细长构件。中间栅格包括：(1)各自构件在两个隔开栅格的节点之间延伸的一第一多个中间构件；和(2)横向于第一多个中间构件定向并在节点处与第一多个中间构件相交的一第二多个中间构件，各个第二多个中间构件在两个隔开栅格的节点之间延伸。
根据本发明一个较详细的方面，两个隔开栅格和中间栅格的构件可以包括在节点处相交的连续纤维绳。多个连续纤维绳可以以重复的几何模式进行布置，而这些绳在定位在栅格板外围的节点处彼此交叉和连接。这些绳可以形成离散段，这些段沿着各自的绳与彼此相继排列，并且在节点之间延伸。
从下面的结合附图进行的详细描述中，可以很清楚地看到本发明的其它特征和优点，这些详细描述只是作为例子来说明本发明特征。
附图说明
图1a是根据本发明一个实施例的栅格板的透视图；
图1b是图1a中的栅格板的局部透视图；
图1c是图1a中的栅格板的俯视图；
图1d是图1a中的栅格板的正视图；
图1e是图1a中的栅格板的侧视图；
图1f是图1a所示栅格板的分解图；
图2a是根据本发明一个实施例的另一栅格板的透视图；
图2b是图2a所示栅格板的分解图；
图3a是根据本发明一个实施例的栅格板的透视图；
图3b是图3a所示栅格板的分解图；
图4a是根据本发明一个实施例的栅格板的透视图；
图4b是图4a所示栅格板的分解图；
图5a是根据本发明一个实施例的栅格板的透视图；
图5b是图5a所示栅格板的分解图；
图6a是根据本发明一个实施例的栅格板的透视图；
图6b是图6a所示栅格板的俯视图；
图6c是图6a所示栅格板的分解图；
图6d是图6a中栅格板的局部透视图，示出下部或左侧栅格和中间栅格；
图7a是根据本发明的另一个栅格板的透视图；
图7b是图7a所示栅格板的分解图；
图8a是用于形成本发明栅格板的装置和方法的示意图；
图8b是用于形成本发明栅格板的装置和方法的局部示意图；
图8c是用于形成本发明栅格板的装置和方法的局部示意图；
图9a是根据本发明一个实施例的另一栅格板的透视图；和
图10是根据本发明一个实施例的另一栅格板的透视图。
具体实施方式
现在将参考附图中所示的示范实施例，并且在此使用具体的语言来描述该示范实施例。然而要理解的是，不应当认为本发明的范围就由此受到限制。相关领域中的普通技术人员在看到该公开说明书后会想到，可以对这里所示的本发明特征进行变更和其它修改，并且可以对这里所示的本发明原理进行其它应用，而且上述这些变更、修改和应用被认为落在本发明范围中。
1999年7月13日出版的US专利5,921,048中描述了三维结构的一些方面，该专利在此被引作参考。如图1a-f所示，示出根据本发明的总体上用10表示的一三维栅格结构或板。如上所述，已经形成有其它桁架或杆结构，这些桁架或杆结构总体上呈管或杆状形状。本发明栅格板10具有一个较平的结构，这种较平的结构适合用在可能需要一平板结构的情形中。这种平结构在二纬(例如纵向和横向)上较宽，而在第三纬(例如厚度)上较薄。在一个方面，如图所示，栅格板10可以被布置在一平面层上。在另一个方面，栅格板10可以被布置在一个开口的曲线或弧形层上。
栅格板10的结构和几何形状可以以许多方式进行描述。栅格板10可以包括多个元件或部件12，所述元件或部件是沿着栅格板10以重复模式进行排列的。所述元件或部件12可以较直，而且可以结合在一起以在板上形成重复模式。栅格板10可以被概念化和被描述为多个细长构件20，这些细长构件是沿着栅格板并且穿过栅格板延伸的。构件20可以是细长的，也可以延伸越过板10。构件20可以是直的，或者，可以是来回的，如下所述。构件可以被形成或被概念化为首尾相连的多个相继部件12。构件20相对于彼此可以有各种不同的角定向。此外，构件20可以以具有类似定向的多组或多列构件提供，在一个阵列中，各组构件20彼此隔开。此外，多组构件20可以结合成栅格板的栅格或次栅格，而所述栅格包括多组具有不同定向的构件，以便于来自一组的构件20相交于和/或横向于另一组的构件20。各个构件20也可以包括多个相继的离散或直的段22，这些段以直和/或倾斜的结构首尾相连。如下更加详细描述的一样，各个构件20可以通过一条连续纤维的绳或线来形成，所述绳或线穿过并沿着栅格板延伸，而且在节点处与其它绳或线相交或连接，以形成刚度和强度提高，和重量减少的栅格板。
栅格板10可以包括两个隔开的栅格，例如第一和第二，左右，或下部和上部的栅格24和26，这些栅格是栅格板10的次栅格或者次结构。两个栅格24和26彼此隔开，而且可以基本平行于彼此进行定向。此外，两个栅格24和26由构件20形成，而且可以具有一个厚度，这个厚度由形成各个栅格24和26的构件20或形成构件的纤维线的厚度限定，或者基本等于该厚度。一个中间栅格28被布置在两个隔开栅格24和26之间且在其间延伸，并且将两个栅格24和26接合或连接在一起。中间栅格28也部分地由构件20形成，但是具有一个厚度，这个厚度是通过隔开的栅格24和26之间的间隔或距离来限定的。栅格板10具有一个厚度，这个厚度基本小于栅格板10的宽度和高度，或者栅格板的宽度和长度。这个厚度是越过两个栅格24和26进行测量，而宽度和高度(或长度)是沿着两个栅格进行测量。
参考图1f，第一或下部栅格24可以包括多个细长而且隔开的纵向构件30，和多个细长而且隔开的横向构件34。纵向构件30具有类似的定向，被布置在一个共同的层上，并且以隔开关系进行排列。同样地，横向构件34具有类似的定向，被布置在一个共同的层上，并且以隔开关系进行排列。纵向构件30和横向构件34横向于彼此定向，以便于纵向和横向构件30和34可以在节点或主要节点36与彼此交叉或相交。第一栅格24的构件30和34可以被布置在一个平面层上，而且可以正交于彼此定向，如图所示。这样，构件30和34可以展示出方形或矩形形状的轮廓。细长构件30和34可以基本上是直的，如图所示。
第二或上栅格26在许多方面与第一或下部栅格24类似，具有多个纵向构件40，这些纵向构件在节点36处与多个横向构件42相交或交叉，并且横向于横向构件42定向。第一和第二栅格24和26可以相对于彼此偏置，或者各栅格的节点36相对于彼此偏置。这样，第一栅格24的节点36被定位在第二栅格26的方形或矩形空间的对面，而第二栅格26的节点36类似地定位在第一栅格24的方形或矩形空间的对面。节点36可以被布置在栅格板10的周边或外部周围。
中间栅格28可以包括多个细长的、隔开的中间构件，这些中间构件包括一第一多个第一中间构件46，和一第二多个第二中间构件48。第一中间构件46具有一个类似的定向，并且以隔开关系排列。同样地，第二中间构件48具有一个类似定向，并且以隔开关系排列。第一和第二中间构件46和48横向于彼此定向，以便于中间构件46和48可以在节点36彼此交叉或相交。中间栅格28的中间构件46和48可以正交于彼此定向，如图所示。此外，中间构件46和48可以在第一和第二栅格24和26之间来回延伸。中间构件46可以包括相继段，这些段在两个栅格24和26之间来回交替，并且由此交替定向。由此，各个构件30、34、46和48(或40、42、46和48)，或其部件12，可以展示出具有五个侧面的金字塔形状空间的轮廓，这五个侧面包括四个三角形侧面和一个方形或矩形侧面。
如上所述，第一和笫二栅格24和26，或其节点36，可以相对于彼此偏置。这样，中间构件46和48在一个对角线上从一个栅格中的节点延伸到另一个栅格中的节点。中间构件46和48对角地或横向于栅格24和26延伸，并且延伸到纵向和横向构件30和34(和40和42)。虽然纵向和横向构件30和34可以沿着栅格板10纵向和横向地延伸，但是中间构件46和48既可以对角地越过栅格板10延伸，也可以穿过栅格板10的厚度来回延伸。
栅格板10限定了一个包含栅格板的层。同样地，第一和第二栅格24和26，以及中间栅格28也限定了位于栅格板10的层之内的多个层。第一和第二栅格24和26限定了第一和第二层。第一层由多个横向和纵向构件30和34限定，也包含这些横向和纵向构件。同样地，第二层由多个横向和纵向构件40和42限定，也包含这些横向和纵向构件。第一和第二层的厚度等于构件30，34，40和42，或纤维线的直径。一中间层由对角构件46和48限定，也包含这些对角构件。第一和第二层相对于中间层来讲，可以较薄，而中间层相对于第一和第二层来讲，可以较厚。此外，这些层可以是平面的或者是扁平的，如图所示。作为替换，这些层可以是弯曲的。
参考图2a-b，图中示出另一栅格板10b，这个栅格板在许多方面与上述栅格板相似。第一和第二隔开栅格24b和26b另外还包括多个对角构件，包括一第一多个第一对角构件50和54(对于相应的第一和第二栅格24a和24b而言)，和一第二多个第二对角构件52和56(对于相应的第一和第二栅格24a和24b而言)。笫一和第二对角构件50和52，以及54和56既横向于彼此，又横向于纵向和横向构件30和32，以及40和42定向。第一和笫二对角构件50和52，以及54和56在次要节点58处相交于彼此，并且在主要节点36处相交于纵向和横向构件30和32，以及40和42。
参考图3a-b，图中示出另一栅格板10c，这个栅格板在许多方面与上述栅格板相似。第一和第二隔开栅格24c和26c各自包括不同的三组类似构件，各组构件相对于彼此具有不同的角定向，例如相对于彼此成60度角。第一栅格24c可以包括一第一组第一构件60，一第二组第二构件62，和一第三组第三构件64。如上所述，各组构件可以具有一个共同的定向和一个共同的平面，而且可以被排列成相对于彼此隔开。第一，第二和第三构件60，62，和64可以横向于彼此，并且在节点36处彼此相交。这样，这些构件之间就形成三角形的空间。第二栅格26c类似地可以包括第一组第一构件，第二组第二构件，和第三组第三构件66，68和70。这些隔开的栅格24c和26c可以相对于彼此定位或定向成可以匹配，这与偏置是相反的，从而便于各个栅格的节点36与另一个栅格的节点对齐。
中间栅格28c也包括不同的三组类似构件，即一第一组第一构件72，一第二组第二构件74，和一第三组第三构件76。各组构件可以具有类似的定向，而且以隔开关系进行排列。第一，第二和第三中间构件72，74和76横向于彼此定向，以便于中间构件可以在节点36处彼此交叉或相交。如上所述，中间构件可以在第一和第二栅格24c和26c之间来回延伸。这样，各个构件可以展示出具有七个侧面的金字塔形状空间的轮廓，这七个侧面包括六个三角形侧面和一个六边形侧面。
参考图4a-b，图中示出另一栅格板10d，这个栅格板在许多方面与上述栅格板相似。但是与如图3a-b中所示栅格板10c不同的是，图4a-b中的栅格板10d包括第一和第二隔开的栅格24c和26c，这些栅格相对于彼此偏置，或者其节点相对于彼此偏置。此外，隔开栅格24c和26c的偏置改变了中间栅格28d的结构。中间栅格28d包括不同组的中间部件78，这些中间部件构造成可以形成具有四个三角形侧面的金字塔形状空间。
参考图5a-b，图中示出另一栅格板10e，这个栅格板在许多方面与上述栅格板相似。第二或上部栅格26e包括不同组的对角部件80，其中，各组中的对角部件是隔开的，但是具有不同间隔或处于不同距离上。例如，对角部件80之间的空间可以包括较大和较小的交替空间。
参考图6a-d，图中示出另一栅格板10f，这个栅格板在许多方面与上述栅格板相似。第一或下部栅格24f包括横向和纵向构件30和34，其中，横向构件34是隔开的，但是具有不同间隔或处于不同距离上。例如横向构件34之间的空间可以包括较大和较小的交替空间。第一栅格24f可以包括对角构件，如图6c中所示。中间栅格28f可以包括中间构件90，所述中间构件90既(1)如上所述，横向于第一和第二栅格之间的空间，又(2)在图6d中如92所示沿着第一和第二栅格延伸。
参考图7a-b，图中示出另一栅格板10g，这个栅格板在许多方面与上述栅格板相似。第一或下部栅格24g可以包括对角构件96，所述对角构件是非线性的，或者不是直线的。对角构件96可以包括相继段，这些段相对于彼此具有交替的和不同的角定向。
在一个方面，第一和第二栅格可以具有类似的结构，如图1a-4b中所示。在另一个方面，第一和第二栅格可以具有不同的结构，如图5a-7b中所示。
各个构件可以在栅格板中限定有一内部空间，所述栅格板除了中间栅格的相交构件以外，基本上是空的。作为替换，内部空间可以充满其它材料例如泡沫，以增加附加的结构或功能特征给栅格板，例如热或噪音的绝缘。此外，栅格自身可以在构件之间限定一个内部空间，这些空间基本上是空的。作为替换，这些内部空间也可以充满其它材料。此外，一外壳或板可以布置在第一和第二栅格中的一个或两个上面。节点可以被设置在栅格板的周边。节点可以是规则而且均匀地隔开，或者可以不规则地隔开。
虽然上面的栅格板已经就其各个不同结构进行了描述，但是要认识到的是，其它结构也是可以的，而且是处于本发明范围中的。
如上所述，栅格板可以由复合材料形成，例如处于树脂基体中的纤维。这些纤维优选是连续的，而且可以是碳，玻璃，玄武岩，芳族聚酰胺，凯夫拉尔(Kevlar)，聚乙烯，尼龙，竹子，或其它天然或人造纤维。所述树脂可以是任何类型，例如热塑性树脂如PCV，或者热固性树脂如环氧酯或乙烯基脂。栅格板的重复的几何形状可以由沿着栅格延伸的多个连续的纤维线或绳形成。栅格板的各个构件可以包括多个连续纤维。纤维绳可以在节点处彼此交叉和连接。各个构件的绳，线或纤维可以搓捻，卷绕，和/或编织在一起，以减少间隙，特别是相交点或节点处的间隙。各个构件可以由一组外部纤维形成，这些外部纤维卷绕或编织在内部纤维的芯的周围。例如，一编织套可以封装一直的纤维或被搓捻的纤维的芯。
各个构件的纤维在相交点或节点上可以是相互交织的，或者相互交迭的。例如，纵向构件的纤维可以穿过横向构件的纤维之间。当然要理解的是，所有构件的纤维可以穿过其它构件的纤维之间，或者相交于其它构件的纤维。例如，一个构件的纤维可以在一条线或一根绳中与包围这个构件的另一个构件的纤维保持在一起。此外，要理解的是，构件可以只是穿过彼此，而不会相互交织，相互交迭，或者相交。但是，交迭或相交的纤维可以在纤维之间形成间隙。如前所述，这种间隙可以减少结构的强度如90％之多。要认识到的是，栅格板的强度得自于作为捆的集合纤维的协同作用。这样，隔离或分开的纤维可能对结构强度会造成有害的影响。因此，如上所述，纤维，绳或线可以被搓捻，卷绕，编织，或重叠编织在一起，以压缩纤维，减少任何间隙，并且增加纤维和栅格板的强度。
此外，如上所述，各个构件可以在处于一个地点或位置上的一个节点处相交。要认识到的是，多个纤维的相交可以产生一个大体积的节点，并且可以引起间隙。此外，多个纤维的相交可以在纤维中产生非线性，这种非线性也会降低它们的结构性能。在一个方面，节点或相交点可以相对于彼此偏置。这样，节点或相交点可以偏置或隔开，从而形成紧密靠近彼此的一组不同的节点或相交点。这样，一个节点或相交点可以被分成两个或多个节点或相交点，以减少相交点的体积，从而减少间隙。
在一个方面，栅格板可以构造成具有沿着一个或多个方向的锥体。在另一个方面，栅格板可以构造成具有一个弧形形状，并且可以这样被弯曲。位于一个侧面上的节点可以被定位成比另一侧上的节点更靠近在一起。同样地，位于一个侧面上的段可以比另一个侧面上的段更长。要认识到的是，栅格板可以是非对称的。
在另一个方面，栅格板可以具有锥形构件。例如，纵向构件可以成锥形。锥形构件可以通过纤维绳或线形成，这些纤维绳或线在结构的一端或一部分更厚而且强度更大，而在另一端或另一部分就更薄而且强度更小。绳或线中的这些纤维可以增加或减少以便形成锥体。
本发明的栅格板可以用一种被称作张紧纤维布置或铸造的方法，在自由空间中进行制造或铸造。这种方法涉及将一个或多个旋转或交替的横向纤维绳与一排张紧的纵向纤维交错在一起，从而形成一支承骨架，这个支承骨架适用于进一步与处于变化定向上的其它纤维绳进行交错，或将处于变化定向上的其它纤维绳卷绕在骨架上面。这些集合的，相互交织的纤维被涂有树脂，并且在这个张紧的骨架结构中进行固化，从而形成一个具有非常高的负载能力和硬度但重量非常轻的坚固结构。
多个连续纤维可以绕着一个纵向轴线，沿着一个加工路径从一个供给源中拉出。至少一些纤维可以沿相反方向卷绕在纵向轴线周围，从而形成在节点处相交的各个构件。这些纤维可以沿着加工路径基本上只是在定位在选择节点处的位置上进行接合，而不是基本上与构件接合。选择节点可以被保持在纵向轴线外面的径向上，从而在中间构件中产生连续的离散段。选择节点可以从构件或板外面进行接合。这样，该结构可以在没有传统内部心轴的情况下来形成。
参考图8a-c，示出一种装置100和方法，这种装置和方法适用于由连续纤维或纤维线150或绳制造这种栅格板。装置100可以被构造成能制造具有各种不同结构的各种栅格板。
装置100可以包括一个具有一加工路径158的框架或底部支承部件，连续纤维150沿着该加工路径被排列到栅格板10中。加工路径158可以具有一个纵向轴线，这个纵向轴线与栅格板同心。连续纤维150和由此产生的栅格板10，通过装置100的加工路径158被拖出或拉出，如箭头160所示。一拉出器可以通过加工路径158拉出连续纤维150和/或栅格板10，并且将纤维150保持在一拉紧状态。纤维150被布置在加工路径158中，并且被拉紧，从而提供一个轴向支承结构，这个轴向支承结构形成一用于组装栅格板10的操作骨架。这个骨架结构使复杂开放式结构可以在不依靠被构造成能支承一物体(栅格板)整个表面的传统内部心轴、模具或其它内部成形装置的情况下形成。多个纤维供给源162可以与框架或底部支承部件相连或相结合，从而提供连续纤维150。这样，连续纤维150可以从纤维供给源162并且通过装置100或加工路径158被拖出。纤维供给源162可以包括中心供给线圈或外部供给卷筒，连续纤维150卷绕在这些线圈或卷筒周围。有利于连续释放张紧纤维的任何纤维源都可以在这个装置中进行利用。
装置100对于每个构件都可以包括一独立的纤维供给源162。当然要理解的是，这些纤维供给源162的数量取决于构件的数量，构件数量可以根据要制造的栅格板的结构和尺寸变化。
此外，各个纤维供给源162可以提供多根纤维或线150，这些纤维或线一起被聚合在绳中，从而形成栅格板10的单独构件。例如，一单根线可以由几千个单独的纤维形成。来自各个纤维供给源162的多根纤维或线150可以被搓捻或旋转在一起，可以被卷绕，编织，或者重叠编织在一起，从而形成绳。
一个或多个旋转或位移元件可以与纤维供给源162和框架或底部支承部件154相连，以使纤维150或纤维供给源162绕着加工路径158发生位移。位移元件可以沿相反方向卷绕连续纤维150，从而形成横向对角构件。位移元件可以包括位于所述路径上的轨道(track)，纤维供给源162沿着该路径前进。位移元件可以包括位移框架，纤维供给源162被结合到该框架，以便于当位移框架发生位移时，纤维供给源也沿着所述路径前进。
例如，这多个纤维供给源可以包括静止的纤维供给源，纵向构件通过加工路径从这些静止的纤维供给源被拉直。其它纤维供给源可以相对于加工路径来回延伸，从而形成横向构件。其它纤维供给源可以沿着路径164来回延伸，从而形成中间构件。因为中间构件横向于彼此，所以路径164可以包括穿过位置166，纤维供给源可以在这里穿过彼此。
一定向导引部件168可以与框架或底部支承部件相连，并且被定位在纤维供给源162和加工路径158之间，以从这些纤维供给源162接收连续纤维150，以将连续纤维150倾斜地重新定向为一理想的预加工结构。定向导引部件168可以是一个环，这个环用于将纤维150从纤维供给源162引导到加工路径158。预加工结构代表纤维150沿着加工路径158从供给源162到一个纵向受压骨架结构的重新定向。
一个中间支承元件或部件180可以被布置在加工路径158上，并且与框架或底部支承部件相连。中间支承元件180可以包括多个接合部件184，这些接合部件被布置在加工路径158周围，以接合构件的节点36，并且使构件节点指向外面并将其保持在外面。这样，中间支承元件180和/或接合部件184在构件中形成连续的离散或直的段22。中间支承元件180和/或接合部件184将纤维150支承在栅格板10的结构中。如下面更加详细的讨论的一样，当纤维150通过加工路径158被拖出时，接合部件184可以与栅格板10一起前进。接合部件184和/或中间支承元件180也可以是一个拉出器或牵引部件，以通过加工路径拉出纤维。中间支承元件180可以被布置在栅格板10周围，而接合部件184从栅格板10外部与节点36接合，如图所示。接合部件184可以包括钩，槽口，或开槽的头部，纤维150卷绕在这些钩、槽口或开槽的头部周围。接合部件184和/或中间支承元件180形成一用于纤维的外部支承结构，这与被构造成能支承栅格板整个内表面的一传统内部心轴相反。
接合部件184可基本仅在节点处接合或接触栅格板。接合或接触可局限在节点处或者局限在沿着节点。接合部件184可向外偏压节点。这样，接合部件184可在节点处对栅格板施加一向外的力。接合部件184在栅格板中形成多个直段。接合部件184可间歇地形成用于在无需一连续的传统内部心轴的情况下支承栅格板的节点的自由空间点。
中间支承元件180和/或接合部件184可以向外发生位移，并且可以相对于纤维150进行操作，以向外沿着一个路径间歇地拖出或移动纤维150到一个代表栅格板的稳定延伸位置，这个位置。这样，栅格板或操作骨架的结构可以在不需要一内部心轴或凹模的帮助的情况下得以保持。
中间支承元件180和/或接合部件184可以定位在外面，以与栅格板的理想尺寸和形状一致。在一个方面，接合部件184可调节地进行定位，以便于可以形成具有任何理想尺寸或形状的栅格板。中间支承元件180和/或接合部件184可以在加工期间向外移动，以便于可以在加工期间实现尺寸或厚度上的改变。
接合部件184可以根据节点数量而成套或成组地提供。在另一个方面，可以提供多套节点数量，而只有一些被使用的套才取决于理想节点的数量。
接合部件184和/或支承元件180的可调节性质可以使通常由几何形状特殊的工具制造的构件更容易制造。要认识到的是，对于传统结构，制造上的较小改变就需要加工一新的心轴。
如上所述，中间支承元件180和/或接合部件184可以从结构外面支承和保持纤维。这样，中间支承元件180和/或接合部件184不会干扰交叉于或相交于栅格板内部的各个段。如上所述，因为交叉于或相交于内部的段的原因，一传统的，内部的，连续的心轴很难从栅格板内部撤出来。
树脂敷涂器可以与框架或底部支承部件相连，以将树脂涂到连续纤维150上，这是本领域中公知的。树脂敷涂器可以包括一个喷嘴，以将树脂喷射或滴到纤维上。树脂可以在纤维150由接合部件184支承的同时涂到纤维150。此外，树脂可以在由接合部件184接合之前涂到纤维150，以便于接合部件不会妨碍树脂的敷涂。一喷嘴或喷射装置是用于将树脂涂到纤维上的装置的一个例子。用于将树脂涂到纤维的其它装置包括，例如，纤维通过其被拖出的一树脂浴，多个喷射喷嘴，预浸渍体(预先浸渍的)纤维等。将树脂涂到纤维会产生一种液体树脂/纤维复合物。
一炉子、加热源，或其它固化装置可以与框架或底部支承部件相连，以帮助固化树脂，这是本领域中公知的。树脂可以在纤维150由接合部件184支承的同时被固化。一炉子或加热源是用于固化树脂或液体纤维/树脂复合物的装置的一个例子。用于固化树脂的其它装置包括，例如，热，加压空气，UV射线，微波炉，电子束，激光束等。固化树脂或液体树脂/纤维复合物会产生一个稳定的，刚性的，三维桁架结构，这个桁架结构能够承受多个方向的负载。
一拉出器或牵引部件可以与框架或底部支承部件相连，以施加轴向拉力，并且通过加工路径158拉出连续纤维150和/或栅格板。拉出器也可以接合固化的树脂/纤维复合物结构，例如借助于具有与固化结构啮合的齿的齿轮状装置。拉出器也利用抓紧器接合这个结构，该抓紧器可以抓紧这个结构或构件例如轴向构件。抓紧器可以是气动的，液压的，电动的，或者机械致动的。如上所述，当栅格板和纤维通过加工路径被拉出时，接合部件184和/或中间支承元件180可以随着栅格板移动。在一个方面，接合部件184可以沿着中间支承元件180移动。在另一个方面，接合部件184也可以被用作拉出器或牵引部件。这样，栅格板10可以制造成具有任何理想长度，而同时具有可以变化的厚度。
切割器也与框架或底部支承部件相连，以切割栅格板10得到理想长度。切割器可以包括一个刀片，以切出各种构件和/或段。此外，切割器可以包括一个高压流体喷嘴，喷水器，激光束，或者任何其它切割机构。
适用于制造复杂的，复合结构的这种方法和装置的其它解释和例子可以在国际申请PCT/US02/26178中发现，这篇国际申请是2003年2月27日公开的(国际申请WO/03/016036)，而且这篇国际申请在此被引作参考。
作为替换，上述板可以通过其它方法和工具来制造，例如内部心轴。心轴可以构造成具有头部或其它纤维固定件，以将纤维固定在节点位置上。纤维可以卷绕在心轴周围以形成板的理想结构。在树脂已经固化后，心轴可以分解或溃碎，以将心轴从纤维中除去。适用于制造这种结构的其它方法的例子可以在美国专利申请No.10/343,133和2002年2月7日公开的国际申请PCT/US01/23636(国际申请WO02/10535)中发现，这些申请在此被引作参考。
参考图9，图中示出另一栅格板10h，这个栅格板在许多方面与上述栅格板类似。这个栅格板10h具有一弧形或弯曲的形状，以便于栅格板和构件被布置在一个弧形或弯曲层上。栅格板10h可以具有一个轴线190。但是与上述栅格板不同的是，图9中的栅格板10h包括弯曲的第一和第二隔开栅格24h和26h。栅格24h和26h的弯曲部分是同心的，如图所示。栅格24h和26h可以包括各自的纵向构件30h和40h，这些纵向构件可以与轴线190平行。此外，栅格24h和26h可以包括各自的横向构件34h和42h，这些横向构件绕着轴线190弯曲。第一栅格24h的纵向和横向构件30h和34h可以在外部节点192处彼此相交，而第二栅格26h的纵向和横向构件40h和42h可以在内部节点194处相交。外部节点192可以隔开一个距离d1，这个距离d1大于内部节点194的距离d2。这样，位于一个侧面上的节点可以被定位成比相反侧面上的节点更加靠近在一起。中间栅格28h可以在栅格24h和26h的节点192和194之间延伸。
参考图10，图中示出另一栅格板10i，这个栅格板具有一波状外形或横截面。这样，第一和第二栅格24i和26i，以及中间栅格28i可以具有多个弯曲部分。
此外，一板可以具有碗，部分球面或者球面的形状，或者在二纬上具有曲线。
要理解的是，上面提到的结构仅仅是对本申请的关于本发明原理的说明。在不脱离本发明范围的情况下可以设计出多种修改和替换结构。虽然本发明已经在附图中进行了显示，并且具体而且详细地在上面就目前认为是本发明最实际而且优选的实施例进行了充分地描述，但是，对于本领域普通技术人员来讲，很明显的是，可以在不脱离本发明原理和思想的情况下作出多种修改。
Claims (18)
1、一种三维栅格板，包括：
a)以重复几何模式进行布置的多根连续纤维绳；
b)所述绳在定位于所述栅格板外围的节点处彼此交叉和连接；
c)所述绳形成沿各自绳彼此相继设置并在所述节点之间延伸的离散段；和
d)所述多个连续纤维绳被成组布置，至少包括：
i)具有至少两组在所述节点处横向于彼此定向的隔开绳的一第一层；
ii)与所述第一层隔开的具有至少两组在所述节点处横向于彼此定向的隔开绳的一第二层；和
iii)布置在所述第一层与所述第二层之间的一中间层，它具有至少两组在所述节点处横向于彼此定向并在所述第一层与所述第二层之间横向延伸且将所述第一层和所述第二层连接在一起的隔开对角绳。
2、根据权利要求1所述的板，其特征在于，所述第一层与所述第二层基本平行。
3、根据权利要求1所述的板，其特征在于，位于所述中间层内的所述纤维绳在所述第一层与所述第二层之间来回延伸。
4、根据权利要求1所述的板，其特征在于，所述第一层的所述节点相对于所述第二层的所述节点偏置。
5、根据权利要求1所述的板，其特征在于，所述第一层的所述节点相对于所述第二层的所述节点对齐。
6、根据权利要求1所述的板，其特征在于，所述第一层和所述第二层各自还包括至少三组在所述节点处横向于彼此定向的隔开绳。
7、根据权利要求1所述的板，其特征在于，所述第一层和所述第二层的厚度与所述绳的厚度基本相同。
8、根据权利要求1所述的板，其特征在于，所述中间层的厚度大于所述第一层和所述第二层中的任一个的厚度。
9、一种三维栅格板，包括：
a)两个隔开栅格，各具有：
i)包括连续纤维绳的一第一多个隔开细长构件；
ii)横向于所述第一多个构件定向并包括在所述节点处与所述第一多个构件的所述连续纤维绳相交的连续纤维绳的一第二多个隔开细长构件；
和
b)布置在所述两个隔开栅格之间并与所述两个隔开栅格互连的一中间栅格，该中间栅格具有：
i)各个构件在所述两个隔开栅格的节点之间延伸并包括连续纤维绳的一第一多个中间构件；和
ii)横向于所述第一多个中间构件定向并包括在节点处与所述第一多个中间构件的所述连续纤维绳相交的连续纤维绳的一第二多个中间构件，每个所述第二多个中间构件在所述两个隔开栅格的节点之间延伸。
10、根据权利要求9所述的板，其特征在于，所述第一多个中间构件和所述第二多个中间构件可包括在所述两个隔开栅格之间来回交替的多个相继段。
11、根据权利要求9所述的板，其特征在于，所述两个隔开栅格基本平行。
12、根据权利要求9所述的板，其特征在于，所述两个隔开栅格的所述节点相对于彼此偏置。
13、根据权利要求9所述的板，其特征在于，所述两个隔开栅格的所述节点相对于彼此对齐。
14、根据权利要求9所述的板，其特征在于，所述两个隔开栅格各自还包括横向于所述第一多个构件和所述第二多个构件定向并在节点处与所述第一多个构件和所述第二多个构件相交的一第三多个隔开细长构件。
15、根据权利要求9所述的板，其特征在于，所述两个隔开栅格的厚度与所述多个构件的厚度基本相同。
16、根据权利要求9所述的板，其特征在于，所述中间栅格的厚度大于所述两个隔开栅格中的任一个的厚度。
17、根据权利要求9所述的板，其特征在于，所述第一多个隔开细长构件是纵向构件；所述第二多个隔开细长构件是相对于所述纵向构件的横向构件；并且所述两个隔开栅格各自还具有：
横向于所述纵向构件和所述横向构件两者定向并在所述节点处与所述纵向构件和所述横向构件相交的一第一多个对角构件；和
横向于所述第一多个对角构件、所述纵向构件和所述横向构件定向并与所述纵向构件和所述横向构件相交的一第二多个对角构件。
18、一种三维栅格板，包括：
a)两个隔开栅格，各自具有：
i)包括连续纤维绳的一第一多个隔开细长构件；
ii)横向于所述第一多个构件定向并包括在节点处与所述第一多个构件的所述连续纤维绳相交的连续纤维绳的一第二多个隔开细长构件；并且
iii)所述两个隔开栅格的所述节点相对于彼此偏置；
iv)所述第一多个构件和所述第二多个构件被布置在一层上，该层的厚度与所述构件的厚度基本相同；
和
b)布置在所述两个隔开栅格之间并与所述两个隔开栅格互连的一中间栅格，该中间栅格至少具有：
i)各个构件在所述两个隔开栅格的节点之间延伸并包括连续纤维绳的一第一多个中间构件；和
ii)横向于所述第一多个中间构件定向并包括在节点处与所述第一多个中间构件的所述连续纤维绳相交的连续纤维绳的一第二多个中间构件，每个所述第二多个中间构件在所述两个隔开栅格的节点之间延伸。
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