JP3802569B2 - 三次元等方トラス - Google Patents
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Description
本発明は、単位質量当たり非常に強化された荷重支持容量を有する三次元構造部材に関する。さらに詳しく言えば、本発明は、縦軸のまわりに巻かれた複数の螺旋要素を有し、その螺旋要素が端と端とを固く接続されたものを有する構造部材に関する。
[背景技術]
一般の、機械、宇宙分野において構造上効率のよい構造物の追求が、前進的な探求となっている。効率的トラス構造は、高強度対重量比および/または高剛度対重量比を有するものである。効率的トラス構造は、比較的に安価で、製造および組立がし易く、材料をむだにしないものとして記載されることもできる。
トラスは、代表的には、荷重を支持するように設計された静止拘束構造物である。それらは、各部材の端においてジョイントで接続された直線部材からなる。その部材は、力が部材にそって向けられた2力部材である。2力部材は、部材内の引張力および圧縮力のような軸力のみを発生することができる。トラスは、橋およびビルディングの構造物にしばしば用いられる。トラスは、トラスの面内に作用する荷重を支えるように設計される。したがって、トラスは、二次元構造物としてしばしば処理され、解析される。最も単純な二次元トラスは、三角形を形成するようにそれらの端で結合された3つの部材からなる。2つの部材を単純な構造および新たなジョイントに連続して加えることによって、より大きい構造物が得られる。
最も単純な三次元トラスは、四面体を形成するようにそれらの端で結合された6つの部材からなる。3つの部材を四面体および新たなジョイントに連続して加えることによって、より大きい構造物が得られる。この三次元構造物は、空間トラスとして知られている。
トラスに対向するフレームは、代表的には、静止拘束構造物ではあるが、力が部材にそって向けられていない少なくとも1つの多力部材を有している。機械は、可動部品を含む構造物であり、力を伝達し、修正するように設計される。機械は、フレームと同様に、少なくとも1つの多力部材を含む。多力部材は、引張力および圧縮力のみならず剪断および曲げをも発生することができる。
従来の構造設計は、単一荷重式に抵抗する一次元または二次元解析に限られていた。例えば、Iビームは曲げに抵抗するのに最適化され、管はねじりに抵抗するのに最適化されている。設計解析を二次元に限定することは、設計過程を単純化するが、組合せ荷重を無視している。三次元解析は、三次元荷重を概念化しかつ計算するのに困難であるので、難しくなる。実際には、多くの構造は、多くの荷重に抵抗できる。コンピュータは、より多くの複雑な構造をモデル化するように利用されつつある。
進歩した合成構造物は、最近20年間で多くの代表的な応用に用いられてきた。この代表的な進歩した合成構造物は、連続高強度、高剛性配向繊維で強化された母材からなる。その繊維は、所望の方向および面内で有利な強度および剛性を得るように配向されうる。適正に設計された合成構造物は、類似の金属構造物よりもいくつかの利点を有している。合成構造物は、著しく高い強度対重量比および剛性対重量比を有し、これにより軽量構造物になる。フィラメント・ワインディンングのような製造方法は、、タンクまたは柱のような構造物を、金属から製造するよりもより早くつくるように用いられてきた。剛性構造物は、代表的には、製造の柔軟性の点で有利であるためいくつかの金属要素で置き換えられる。
1979年1月30日にMayer等に特許された米国特許第4,137,354号は、繊維を軸方向に螺旋状に巻くことによって形成される繰返し等辺三角形を有する円筒形「等方格子」構造物を開示している。しかし、その等方格子は、平坦または直線に代わって管状である。換言すれば、部材が湾曲されている。これは、直線部材に比べて、部材の座屈強さを低減する。
したがって、単位質量当たり強化された荷重支持容量を有しかつ多荷重に耐えうる構造部材を開発することが有利である。
[発明の開示]
本発明の目的は、単位質量当たり強化された容量を有する三次元構造部材を提供することにある。
本発明の別の目的は、多荷重に耐えうる構造部材を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、コンクリートを強化するのに適した構造部材を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、ビーム、片持梁、支持体、柱、スパン等のような構造上の用途に適した構造部材を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、建築上の用途に適した構造部材を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、駆動軸のような機械的な用途に適した構造部材を提供することにある。
本発明のこれらおよびその他の目的および利点は、縦軸のまわりに巻かれた複数の螺旋要素からなる構造部材において実現される。螺旋要素は、端と端とを固く接続された直線セグメントを有する。
好適実施例においては、構造部材は、少なくとも12の螺旋要素を有する。螺旋要素のうちの少なくとも3つは、一方の方向に縦軸のまわりに巻き付き、他方、別の少なくとも3つの逆螺旋要素は、反対方向に巻き付く。初めの少なくとも3つの螺旋要素は、同一角度指向を有し、かつ、互いから等間隔で離間されている。逆螺旋要素は、同様に配置されているが、反対の角度指向を有している。要素は、部材の周辺における外部結節点でおよび内部結節点で交差している。軸から見たとき、要素の直線セグメントは、三角形として見える。残りの6つの要素は、初めの6つの要素と同様に配置されるが、初めの6つの要素に関して回転されている。軸から見たとき、部材は2つの三角形に見えるか、または6点星として見える。一方の三角形が他方の三角形に関して回転されている。部材は、部材の周辺のまわりで軸から離隔されかつ部材の内部で多面体を形成する複数の三角形としても見える。要素は、外部結節点および内部結節点を形成するように交差している。この実施例においては、すべての要素は共通の軸を共有する。
追加の部材は、この構造に加えられる。内部軸方向部材は、内部結節点において要素と交差し、軸に平行である。外部軸方向部材は、外部結節点において要素と交差し、軸に平行である。周辺部材は、軸に垂直な隣接外部結節点間で延びている。斜めの周辺部材は、軸に関して斜めに外部結節点間で延びている。
好適実施例においては、3つの直線セグメントは、螺旋要素として形成され、軸のまわりに1回転し、これにより軸から見たとき、三角形の外観を呈する。代案として、螺旋要素は、追加のセグメントを形成し、軸にそって見たとき、別の多角形の外観を呈する。別の実施例においては、24の螺旋要素が、2つの6角形の外観を呈し、軸から見たとき、一方の6角形が他方の6角形に関して回転されている。6つの螺旋要素は、一方に巻き付き、他の6つの逆螺旋要素は他方に巻き付いている。残りの12の要素は、初めの12のものに関してのみ回転された類似の形状になっている。
別の実施例においては、ビーム部材が好適実施例と同様な形状を有しているが、第2の6つの要素からずれた初めの6つの要素の軸を有している。
部材は任意の材料からつくられてもよいが、螺旋形状は合成構造物によく適している。繊維がマンドレルのまわりに巻き付けられて、部材の螺旋パターンを形成する。これは、要素のセグメントが連続した繊維からできているので、部材に強度を加える。
2またはそれを超える部材が結節点で部材を取り付けることによって、接続されてもよい。さらに、部材は、中実構造の外観を呈するように、あるいは部材もしくはその内容物を保護するように、材料で被覆されてもよい。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明の構造部材の好適実施例の斜視図である。
図2は、本発明の構造部材の好適実施例の端面図である。
図3は、本発明の構造部材の好適実施例の正面図である。
図4は、本発明の構造部材の好適実施例の側面図である。
図5は、強調された1本の螺旋を有する本発明の構造部材の正面図である。
図6は、強調された1本の螺旋を有する本発明の構造部材の側面図である。
図7は、本発明の構造部材の好適実施例の基本構造の斜視図である。
図8は、追加の螺旋を有する本発明の構造部材の好適実施例の基本構造の斜視図である。
図9は、強調された3本の螺旋要素と1本の逆螺旋要素とを有する本発明の構造部材の好適実施例の斜視図である。
図10は、本発明の構造部材の別の実施例の斜視図である。
図11は、本発明の構造部材の別の実施例の側面図である。
図12は、本発明の構造部材の別の実施例の斜視図である。
図13は、本発明の構造部材の別の実施例の端面図である。
図14は、本発明の構造部材の別の実施例の斜視図である。
図15は、本発明の構造部材の別の実施例の斜視図である。
図16は、本発明の構造部材の別の実施例の斜視図である。
図17は、本発明の構造部材の別の実施例の斜視図である。
図18は、本発明の構造部材の別の実施例の端面図である。
図19は、本発明の構造部材の別の実施例の斜視図である。
図20は、本発明の構造部材の別の実施例の端面図である。
図21は、一体に接続された本発明の好適実施例の2つの構造部材の斜視図である。
図22は、一体に接続された本発明の好適実施例の2つの構造部材の側面図である。
[発明を実施するための最良の形態]
図1−4に示すように、本発明の構造部材10は、好適実施例において示されている。構造部材10は、三次元トラスまたは空間フレームである。構造部材10は、部材10の長さまたは縦軸14にそった繰返しパターン状に配列された複数の要素または部材12からなる。
2またはそれを超える単独要素12は、ジョイント16において接続または交差する。要素12は、ジョイント16において固く接続されるか、柔軟に接続されるか、単に交差する。結節点は、交差要素が接続される箇所に形成されてもよい。外部結節点18は、交差要素12が部材10の周辺で会う箇所に形成されてもよい。内部結節点20は、交差要素12が部材10の内部で会う箇所に形成されてもよい。
張間22は、縦軸14の方向に計った繰返しユニットまたはパターンによって、形成される。張間22は、要素12によって形成された単一パターンを含む。部材10は、任意の数の張間22からなる。さらに、張間22の長さは、変えられてもよい。
内部角度24は、四面体の2つの対応する要素12によってつくられる面および同じ四面体の対向辺によって形成される。構造部材10の好適実施例の構造および幾何学形状は、多数の方法で記述されてもよい。繰返しパターンは、多数の三角形または四面体として記述されてもよい。三角形および四面体は、より小さい三角形および四面体がより大きい三角形および四面体間で交差された状態で種々の寸法をとる。
構造部材10の好適実施例においては、三角形または四面体は、60度の内部角度を有する面によって形成される。内部角度は、関係する用途にもとづいて変えられてもよい。60度の内部角度は多荷重に対しては最適である。45度の内部角度は、ねじれ用途に対しては良好に適している。
好適実施例の構造部材10は、図2に示すように、6点星のような断面をもつ単一の想像上の管を形成するように横たえられた三角形断面の2つの想像上の三角形部材として概念化されてもよい。あるいは、端または縦軸14から見たとき、構造部材10は、縦軸14から離間されかつ構造部材10の内部において多角形断面の想像上の管状部材を形成するように周辺のまわりに向けられた複数の三角形の外観を有する。好適実施例の場合、6つの等辺三角形が、構造部材10の内部において6角形断面の想像上の管状部材を形成するように縦軸のまわりに離間される。
さらに、端または縦軸14から見たとき、縦軸14に平行な6つの面を画定することが可能である。その面は、6点星形状で特別の外部結節点18間に延びる。その面は、60度の間隔で縦軸14のまわりに向けられる。
さらに、張間22内で、強力な構造特性を有すると考えられる三角形格子のリングが形成される。三角形格子のこのリングは、図1、3、4に示すように、張間の中心で構造部材10の内部を取り囲む。この強度は、多数の接続によるものと考えられる。
さらに、好適実施例の構造部材10は、縦軸14のまわりに巻き付きかつ構造部材10の要素12を形成する直線セグメント32を有する複数の螺旋要素30として概念化されかつ記載されてもよい。図5、6において、1つの螺旋要素30が強調されて示されている。螺旋要素30は、それが縦軸14のまわりに巻き付くときに、少なくとも3つの直線セグメント32を形成する。螺旋要素30は、任意の数の直線セグメント32を無制限に形成し続けてもよい。直線セグメント32は、縦軸14に関して角度を付けて向けられる。直線セグメント32は、螺旋形状に端と端とを固く接続される。
図7に示すように、本発明の好適実施例にもとづく構造部材10の基本構造40は、少なくとも2つの螺旋要素42および縦軸14のまわりに巻き付く少なくとも1つの逆螺旋要素44を有する。螺旋要素42は、縦軸14のまわりに一方の方向(例えば、時計方向)に巻き付き、逆螺旋要素44は縦軸14のまわりに反対の方向(例えば、反時計方向)に巻き付く。各螺旋要素42、44は、直線セグメント32を形成する。螺旋要素42の直線セグメントは、共通の角度指向および共通の軸14を有する。逆螺旋要素44の直線セグメントは、螺旋要素42のセグメントに類似した螺旋形状を有しているが、反対の角度指向を有している。基本構造40は、縦軸14の端から見たとき、三角形断面の想像上の管状部材として見える。
逆螺旋要素44は、外部結節点18および内部結節点20において、2つの螺旋要素42に交差する。好適実施例において、外部結節点18および内部結節点20は、固い接続を形成するか、あるいは固く連結される。
図8に示すように、上述した図7の基本構造40を構築するさいに、構造部材10の強化された構造50は3つの螺旋要素42および少なくとも1つの逆螺旋要素44を有している。3つの螺旋要素42の直線セグメント32は、共通の角度指向および共通の軸14を有し、互いから等間隔で離間されている。図9において、3つの螺旋要素42および1つの逆螺旋要素44のこの強化された基本構造50は、好適実施例の構造部材10で強調されて示されている。
図1に示すように、好適実施例においては、構造部材10は、複数の螺旋要素60、3つの螺旋要素62、3つの逆螺旋要素64、3つの回転された螺旋要素66、および3つの回転された逆螺旋要素68を有している。このようにして、構造部材10は、好適実施例においては、合計12の螺旋要素60を有する。
上述したように、3つの螺旋要素62の直線セグメントは、共通の角度指向および共通の軸14を有し、互いから等間隔で離間されている。同様に、3つの逆螺旋要素64は、共通の角度指向および共通の軸14を有し、互いから等間隔で離間されている。しかし、3つの逆螺旋要素64の直線セグメントは、3つの螺旋要素62のセグメントの角度指向に対して反対の角度指向を有している。再び、この構造は、端または軸14から見たとき、図2に示すように、三角形断面の想像上の管状部材として見える。
3つの回転された螺旋要素66は、共通の角度指向および共通の軸14を有し、螺旋要素62と同様に、互いから等間隔で離間されている。3つの回転された螺旋要素68のセグメントは、共通の角度指向および共通の軸14を有し、逆螺旋要素64と同様に、互いから等間隔で離間されている。しかし、3つの回転された逆螺旋要素68は、3つの回転された螺旋要素66のセグメントの角度指向とは反対の角度指向を有している。
回転された螺旋要素66および回転された逆螺旋要素68は、螺旋要素62および逆螺旋要素64に関して回転される。言い換えれば、この構造は、端または軸14から見たとき、三角形断面の想像上の管状部材として見えるが、図2に示すように、螺旋要素62および逆螺旋要素64によってつくられた想像上の管状部材に関して回転されている。それと共に、螺旋要素、逆螺旋要素、回転された螺旋要素、回転された逆螺旋要素は、図2に示すように、軸14から見たとき、6点星断面を有する想像上の管状部材として見える。
螺旋要素62は、外部結節点18において逆螺旋要素64と交差する。同様に、回転された螺旋要素66は、外部結節点18において、回転された逆螺旋要素68と交差する。
螺旋要素62は、内部結節点20において、回転された逆螺旋要素68と交差する。同様に、回転された螺旋要素66は、内部結節点20において、逆螺旋要素64と交差する。
螺旋要素62および回転された螺旋要素66は、交差しない。同様に、逆螺旋要素64および回転された逆螺旋要素68は、交差しない。
複数の螺旋部材60に加えて、構造部材10の好適実施例は、構造部材10の内部に配置されかつ内部結節点20において複数の螺旋部材60に交差する6つの内部軸方向部材70を有する。軸方向部材70は、縦軸14に平行である。
逆螺旋要素64は、外部結節点18において、螺旋要素62と交差し、また、回転された逆螺旋要素68は、外部結節点18において、回転された螺旋要素66と交差する。外部結節点18は、縦軸14から見たとき、図2に示すように、6点星の点を形成する。
逆螺旋要素64は、内部結節点20において、回転された螺旋要素66と交差し、また、回転された逆螺旋要素68は、内部結節点20において、螺旋要素62と交差する。これらの内部結節点20は、縦軸14から見たとき、図2に示すように、6角形の点を形成する。
好適実施例において、外部結節点18および内部結節点20は、固い接続を形成するか、または、螺旋要素が一体に固く接続される。さらに、軸方向部材70は、内部形成点20において、螺旋要素に連結される。好適実施例において、螺旋要素は、合成材料からつくられる。構造部材10の螺旋形状は、それを合成構造物に特に適したものにする。螺旋要素は、互いに重なった様々な要素の繊維として一体に連結される。繊維は、マンドレルのまわりに部材の螺旋形状に従って螺旋パターンで巻き付けられる。これは、要素のセグメントが繊維の連続した糸条によって形成されるので、大きな強度を与える。要素は、エポキシ、またはビニール・エステルのような母材中の繊維ガラス、カーボン、またはケブラ(Kevlar)のような繊維でもよい。
代案として、構造部材10は、木、金属、プラスチック、またはセラミック等のような任意の適当な材料からつくられてもよい。部材の要素は、結節点18において、コネクタと共に結合された好ましい部品からなっていてもよい。コネクタは、要素を受けるように形成された凹部を有する。凹部は、構造部材10の所望の幾何学的形状を得るように向けられる。
好適実施例の構造部材10の基本構造40から、いくつかの別の実施例が追加の部材を伴うことを可能にする。図10、11において、外部軸方向部材は、構造部材10の周辺に配置され、また、外部結節点18において、複数の螺旋部材60に交差する。軸方向部材72は、縦軸14に平行である。図12、13において、周辺部材74は、縦軸14に垂直な面内にある結節点18間で周辺のまわりに配置されてもよい。周辺部材74は、縦軸14から見たとき、図13に示すように、多角形を形成する。
図14において、斜め周辺部材76は、縦軸14に関して斜めに結節点18間で構造部材10の周辺のまわりに配置されてもよい。これらの斜め周辺部材76は、複数の螺旋部材60の周辺のまわりに巻き付けられた追加の螺旋要素のセグメントによって形成される。斜め周辺部材76は、図14に示すように、隣接結節点間で延びるか、図15に示すように、別の結節点18まで延びていてもよい。図16に示すように、内部軸方向部材70、外部軸方向部材72、周辺部材74、斜め周辺部材76のような多くの追加の部材が組み合わされてもよい。
追加の部材は、外部結節点18のみならず内部結節点20間で延びていてもよい。
図17、18に示すように、ビーム部材80の別の実施例が示されている。この実施例は、部材80が、少なくとも3つの螺旋要素82、少なくとも3つの逆螺旋要素84、少なくとも3つの回転された螺旋要素86、および少なくとも3つの回転された逆螺旋要素87を有する点で、好適実施例に類似している。このようにして、部材80は、合計少なくとも12の螺旋要素を有する。
3つの螺旋要素82の直線セグメントは、共通の角度指向、共通の縦軸90を有し、互いから等間隔で離間されている。同様に、3つの逆螺旋要素84の直線セグメントは、共通の角度指向、共通の縦軸90を有し、互いから等間隔で離間されている。しかし、3つの逆螺旋要素84の直線セグメントは、3つの螺旋要素82のセグメントの角度指向とは反対の角度指向を有している。再び、この構造は、端または縦軸14から見たとき、三角形断面の想像上の管状部材として見える。
3つの回転された螺旋要素86の直線セグメントは、共通の角度指向、共通の縦軸92を有し、螺旋要素82と同様に互いから等間隔で離間されている。3つの回転された逆螺旋要素88の直線セグメントは、共通の角度指向、共通の縦軸92を有し、逆螺旋要素84と同様に互いから等間隔で離間されている。しかし、3つの回転された逆螺旋要素88の直線セグメントは、3つの回転された螺旋要素86のセグメントの角度指向とは反対の角度指向を有している。
回転された螺旋要素86および回転された逆螺旋要素88は、螺旋要素82および逆螺旋要素84に関して回転される。換言すれば、この構造は、端または軸14から見たとき、三角形断面の想像上の管状部材として見えるが、螺旋要素82および逆螺旋要素84によってつくられる想像上の管状部材に関して回転されている。
しかし、この実施例において、ビーム部材80は、螺旋要素82および逆螺旋要素84の縦軸90の方向とは反対の方向に螺旋要素82および逆螺旋要素84の縦軸90を部材の軸14からずらすことによって、ならびに、螺旋要素82および逆螺旋要素84の縦軸90の方向とは反対の方向に回転された螺旋要素86および回転された逆螺旋要素88の回転された縦軸92を部材の軸14からずらすことによって、つくられる。言い換えれば、軸14から見たとき、ビーム部材80は、図18に示すような断面を有する想像上の管状部材として見える。
図19、20に示すように、部材100の別の実施例が示されている。この実施例は、部材が、複数の螺旋要素102、6つの螺旋要素、6つの逆螺旋要素、6つの回転された螺旋要素、および6つの回転された逆螺旋要素を有する点で、好適実施例に類似している。このようにして、部材は、合計24の螺旋要素を有している。
複数の螺旋要素102が縦軸14のまわりに巻き付くので、螺旋要素は、好適実施例における3つのものとは反対のこの実施例における6つの直線セグメントを形成する。この部材100は、端または軸14から見たとき、6角形断面の2つの想像上の管状部材として見えるか、または、図20に示すように、12点星の断面を有する想像上の管状部材として見える。この場合、一方の6角形は他方の6角形に関して回転されている。好適実施例と同様に、内部軸方向部材、外部軸方向部材、螺旋部材、および斜め螺旋部材を有する任意の数の追加の部材が、種々の形体で加えられてもよい。
[産業上の利用可能性]
すべての実施例において、部材は、著しい構造上の特性を維持しつつ、材料のほとんど無い内部を与えられる。構造部材は、軸荷重、ねじれ荷重、曲げ荷重を効率的に支持できる。種々の形式の荷重に耐えるこの能力は、風車のような多動荷重を有する多くの用途に理想的な構造部材を与える。さらに、その軽量性が、航空機または空間構造物におけるように軽量と強度とが重要となる場合に、他の用途にとっても重要となる。
開放した設計が、風の抵抗をほとんど必要としない用途にも適した構造部材を得られる。
部材の幾何学的形状は、空間構造物に適している。部材は、部材が輸送のために押潰し可能で、使用のさいに広げられるように、非剛連結を設けられている。
部材は、また部材をコンクリート中に埋め込むことによってコンクリートを強化するように用いられてもよい。開放設計であるので、コンクリートは自由に構造内を流れる。多荷重支持容量が、コンクリート柱および梁をより効率的に設計されるようにする。
構造部材の外観は、建築用途にも適している。部材は、ハイテク、宇宙時代の外観をもっている。
部材は、機械的用途をももっている。部材は、そのねじれ強さのために駆動軸として使用されうる。
部材は、中実に見えるように被覆材を巻き付けられてもよい。このような被覆の一つは、マイラー(Mylar)被覆金属でもよい。被覆は、外観上、または部材ならびにパイプ、ダクト、照明および電気要素のような部材内に支持された物体を保護するためでもある。
図21、22に示すように、好適実施例の2つの構造部材10が所望の構造に取り付けられてもよい。2つの構造部材10が、縦軸14が垂直になるように接続されるとき、構造部材10の外部結節点18が構造部材10の外部結節点18に取り付けられてもよい。
Claims (26)
- 単位質量当たり非常に強化された荷重支持容量を有する構造部材において、
少なくとも2つの螺旋要素であって、前記少なくとも2つの螺旋要素の各々が端と端とを螺旋状に固く接続された少なくとも3つの細長い直線セグメントを有し、該少なくとも2つの螺旋要素は共通の角度指向及び共通の縦軸を有しかつ互いからほぼ等間隔で離間された、前記少なくとも2つの螺旋要素と、
少なくとも1つの逆螺旋要素であって、前記少なくとも1つの逆螺旋要素は端と端とを螺旋状に固く接続された少なくとも3つの細長い直線セグメントを有しかつ前記少なくとも2つの螺旋要素と共にではあるが逆の角度指向で共通の縦軸を有する、前記少なくとも1つの逆螺旋要素とを備え、
前記少なくとも2つの螺旋要素及び前記少なくとも1つの逆螺旋要素は、交差位置で連結されており、
少なくとも2つの回転された螺旋要素であって、前記少なくとも2つの回転された螺旋要素の各々が、端と端とを螺旋状に固く接続された少なくとも3つの細長い直線セグメントを有し、前記少なくとも2つの回転された螺旋要素は共通の角度指向及び共通の回転縦軸を有しかつ互いからほぼ等間隔で離間され、前記少なくとも2つの回転された螺旋要素のセグメントが前記少なくとも2つの螺旋要素のセグメントに対して回転された、前記少なくとも2つの回転された螺旋要素と、
少なくとも1つの回転された逆螺旋要素であって、前記少なくとも1つの回転された逆螺旋要素は端と端とを螺旋状に固く接続された少なくとも3つの細長い直線セグメントを有しかつ前記2つの回転された螺旋要素と共にではあるが逆の角度指向で共通の回転縦軸を有し、前記少なくとも1つの回転された逆螺旋要素のセグメントが前記少なくとも1つの逆螺旋要素のセグメントに対して回転された、前記少なくとも1つの回転された逆螺旋要素とを備え、
前記少なくとも2つの回転された螺旋要素及び前記少なくとも1つの回転された逆螺旋要素が、前記少なくとも2つの螺旋要素及び前記少なくとも1つの逆螺旋要素に、交差位置で連結されている、構造部材。 - 前記螺旋要素および逆螺旋要素は、前記要素の端を受けるように定置されかつ指向されたソケットを有するコネクタで連結されている、請求項1に記載の構造部材。
- 前記少なくとも2つの螺旋要素と前記少なくとも1つの逆螺旋要素とに連結された少なくとも1つの軸方向要素をさらに有し、該少なくとも1つの軸方向要素は前記縦軸にほぼ平行になっている、請求項1又は2に記載の構造部材。
- 前記少なくとも1つの軸方向要素は、前記少なくとも2つの螺旋要素および前記少なくとも1つの逆螺旋要素に外部結節点で連結されている、請求項3に記載の構造部材。
- 前記少なくとも1つの軸方向要素は、前記少なくとも2つの螺旋要素および前記少なくとも1つの逆螺旋要素に内部結節点で連結されている、請求項3に記載の構造部材。
- 隣接結節点間で連結された少なくとも1つの追加の要素をさらに有する、請求項1ないし5の何れかに記載の構造部材。
- 前記追加の要素は、前記縦軸に垂直な面内で2つの結節点間で連結された周辺部材である、請求項6に記載の構造部材。
- 前記追加の要素は、2つの結節点間で連結されかつ前記縦軸に関して角度を付けて向けられている斜めの周辺部材である、請求項6又は7に記載の構造部材。
- 前記少なくとも2つの螺旋要素および前記少なくとも1つの逆螺旋要素のセグメントは、三角形断面の想像上の管状部材を形成する、請求項1ないし8の何れかに記載の構造部材。
- 前記少なくとも2つの螺旋要素および前記少なくとも1つの逆螺旋要素のセグメントは、多角形断面の想像上の管状部材を形成する、請求項1ないし8の何れかに記載の構造部材。
- 単位質量当たり非常に強化された荷重支持容量を有する構造部材であって、少なくとも2つの螺旋要素と、少なくとも1つの逆螺旋要素とを備え、前記少なくとも2つの螺旋要素及び前記少なくとも1つの逆螺旋要素は交差配置で連結され、更に、少なくとも2つの回転された螺旋要素と、少なくとも1つの回転された逆螺旋要素とを備え、前記少なくとも2つの回転された螺旋要素および前記少なくとも1つの回転された逆螺旋要素は前記少なくとも2つの螺旋要素および前記少なくとも1つの逆螺旋要素に交差配置で連結され、
前記少なくとも2つの螺旋要素の各々は端と端とを螺旋状に固く接続された少なくとも3つの細長い直線セグメントを有し、該少なくとも2つの螺旋要素は共通の角度指向及び共通の縦軸を有しかつ互いからほぼ等間隔で離間され、
前記少なくとも1つの逆螺旋要素は端と端とを螺旋状に固く接続された少なくとも3つの細長い直線セグメントを有しかつ前記2つの螺旋要素と共にではあるが逆の角度指向で共通の縦軸を有し、
前記少なくとも2つの回転された螺旋要素の各々は端と端とを螺旋状に固く接続された少なくとも3つの細長い直線セグメントを有し、該少なくとも2つの回転された螺旋要素は共通の角度指向及び共通の回転された縦軸を有しかつ互いからほぼ等間隔で離間され、前記少なくとも2つの回転された螺旋要素の前記セグメントは前記少なくとも2つの螺旋要素の前記セグメントに関して回転され、
前記少なくとも1つの回転された逆螺旋要素は端と端とを螺旋状に固く接続された少なくとも3つの細長い直線セグメントを有しかつ前記2つの回転された螺旋要素と共にではあるが逆の角度指向で共通の回転された縦軸を有し、
前記少なくとも1つの回転された螺旋要素の前記セグメントは前記少なくとも1つの逆螺旋要素の前記セグメントに関して回転されている、構造部材。 - 前記少なくとも2つの螺旋要素、前記少なくとも1つの逆螺旋要素、前記少なくとも2つの回転された螺旋要素、および前記少なくとも1つの回転された逆螺旋要素に連結された少なくとも1つの軸方向要素をさらに有し、該少なくとも1つの軸方向要素は前記回転された縦軸にほぼ平行になっている、請求項11に記載の構造部材。
- 前記少なくとも1つの軸方向要素は、前記少なくとも2つの螺旋要素、前記少なくとも1つの逆螺旋要素、前記少なくとも2つの回転された螺旋要素、および前記少なくとも1つの回転された逆螺旋要素に外部結節点で連結されている、請求項12に記載の構造部材。
- 前記少なくとも1つの軸方向要素は、前記少なくとも2つの螺旋要素、前記少なくとも1つの逆螺旋要素、前記少なくとも2つの回転された螺旋要素、および前記少なくとも1つの回転された逆螺旋要素に内部結節点で連結されている、請求項12に記載の構造部材。
- 前記縦軸および回転された縦軸は同軸であり、前記少なくとも2つの螺旋要素、前記少なくとも1つの逆螺旋要素、前記少なくとも2つの回転された螺旋要素、および前記少なくとも1つの回転された逆螺旋要素の前記セグメントは6点星の断面を有する想像上の管状部材を形成する、請求項11ないし14の何れかに記載の構造部材。
- 前記縦軸および回転された縦軸は同軸であり、前記少なくとも2つの螺旋要素、前記少なくとも1つの逆螺旋要素、前記少なくとも2つの回転された螺旋要素、および前記少なくとも1つの回転された逆螺旋要素の前記セグメントは、2つの多角形断面を有する想像上の管状部材を形成し、該2つの多角形のうちの一方の多角形は共通の縦軸を有してはいるが、他方の多角形に関して回転されている、請求項11ないし14の何れかに記載の構造部材。
- 前記縦軸および前記回転された縦軸は同軸であり、前記要素の前記セグメントは外部結節点を形成するように前記セグメントの端で交差し、複数の面が選択された外部結節点間に延び、前記面は前記縦軸および前記回転された縦軸に平行であり、前記セグメントは複数の面内に配置され、該複数の面のうちの3つは三角形断面の第1の想像上の管状部材を形成するように向けられ、前記複数の面のうちの別の3つは三角形断面の第2の想像上の管状部材を形成するように向けられ、前記第1の想像上の管状部材および前記第2の想像上の管状部材は共通の軸を有し、前記第2の想像上の管状部材は前記第1の想像上の管状部材に関して前記共通軸のまわりで回転される、請求項11に記載の構造部材。
- 前記縦軸および前記回転された縦軸は平行で離間されており、前記要素の前記セグメントは外部結節点を形成するように前記セグメントの端で交差し、複数の面が選択された外部結節点間に延び、前記面は前記縦軸および前記回転された縦軸に平行であり、前記セグメントは複数の面内に配置され、該複数の面のうちの3つは三角形断面の第1の想像上の管状部材を形成するように前記縦軸のまわりで向けられ、前記複数の面のうちの別の3つは三角形断面の第2の想像上の管状部材を形成するように前記回転された縦軸のまわりで向けられた、請求項11に記載の構造部材。
- 前記要素は心金のまわりに繊維を巻き付けることによって成形される、請求項11ないし18の何れかに記載の構造部材。
- 前記要素は、母材と前記母材内の繊維とを有する材料である、請求項11ないし19の何れかに記載の構造部材。
- 前記要素は、母材と前記母材内の繊維とを有する材料であり、前記螺旋要素および逆螺旋要素を連結する手段は、母材内の前記螺旋要素の繊維と前記逆螺旋要素の繊維との重なりを含む、請求項11ないし19の何れかに記載の構造部材。
- 前記螺旋要素および逆螺旋要素を連結する手段は、前記要素の端を受けるように定置されかつ指向されたソケットを有するコネクタを含む、請求項11ないし21の何れかに記載の構造部材。
- 隣接結節点間で連結された少なくとも1つの追加の要素をさらに有する、請求項11ないし22の何れかに記載の構造部材。
- 前記追加の要素は、前記縦軸に垂直な面内で2つの結節点間で連結された周辺部材である、請求項23に記載の構造部材。
- 前記追加の要素は、2つの結節点間で連結されかつ前記縦軸に関して角度を付けて向けられている斜めの周辺部材である、請求項23に記載の構造部材。
- 単位重量当たりの非常に強化された荷重支持容量を有する構造部材を成形する方法であって、次の工程からなる方法。
(a)心金を準備すること、
(b)少なくとも2つの螺旋要素をつくるために前記心金のまわりに繊維を巻き付けること、ただし各要素は少なくとも3つの細長い直線セグメントを有し、前記少なくとも2つの螺旋要素は共通の角度指向、共通の縦軸を有し、互いからほぼ等間隔で離隔されていること、
(c)少なくとも1つの逆螺旋要素をつくるように前記心金のまわりに繊維を巻き付けること、ただし該要素は少なくとも3つの細長い直線セグメントを有し、前記少なくとも2つの螺旋要素と共にではあるが逆の角度指向で共通の縦軸を有すること、
(d)母材を繊維に加えること、
(e)母材を養生すること、及び
(f)心金を取り除くこと。
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