KR100831492B1 - 이소 트러스 구조물 - Google Patents

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Abstract

이소 트러스 구조물(10)은 두 개이상의 나선형 요소(30,32)를 포함하고, 대향된 각도방향을 갖고 부착된 하나 이상의 역방향 나선형 요소(34)를 포함한다. 각각의 나선형 및 역방향 나선형 요소는 선호적으로 제 1 사각형 횡단면을 형성하는 공통축(14)에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝부분에 견고하게 연결된 네 개이상의 길다란 직선형 세그먼트(22)를 포함한다. 구조물은 제 1 요소에 대해서 회전된 제 2 사각형 횡단면을 형성하는 역방향 나선형 요소 및 나선형 요소에 대해서 회전된 하나 이상의 회전된 역방향 나선형 요소(98)를 포함한다. 구조물은 직선형, 곡선형이며 유연성이 있고 각이 진다.

Description

이소 트러스 구조물{ISO TRUSS STRUCTURE}
본 발명은 견고하고 가벼운 3차원 구조적 부재에 관련되는데, 특히 하나의 축을 둘러쌓고 있는 여러개의 나선형요소를 갖는 구조적 부재에 관련된다. 각각의 요소는 나선형 구조에서 끝과 끝부분이 연결된 직선형 구획을 갖는다.
토목, 기계, 항공 및 스포츠 경기장에서 구조적으로 효율적인 구조물을 찾는 것은 계속적인 과정에 있다. 효율적인 트러스 구조는 무게비에 대해서 강도가 높거나 강성이 좋은 것이어야 한다. 효율적인 트러스 구조물은 비용이 낮고, 제조하기가 쉬우며 재료를 많이 소비하지 않는 것이어야 한다.
트러스는 안정적이고 하중을 지지하도록 완전히 구속되어 있는 구조물이다. 각 부재의 단부가 조인트로 연결된 직선형 부재로 구성된다. 상기 부재는 힘이 방향이 부재를 따라 향해 있는 두힘부재(two-force member)이다. 두힘부재는 부재에 장력 및 압축력 같은 축방향 힘만을 발행시킬 수 있다. 트러스는 다리가 건물 갖는 구조에 이용된다. 트러스는 트러스 평면상에 작용하는 하중을 수용하도록 되어 있다. 그러므로 트러스는 2차원 구조로 해석되고 처리된다. 가장 간단한 2차원 트러스는 삼각형을 형성하기 위해 양 단부에 결합된 세 개의 부재로 구성된다. 두 개의 부재를 간단한 구조물 및 새로운 접합부에 추가시켜 더 큰 구조물이 얻어질 수 있다.
가장 간단한 3차원 트러스는 4면체를 형성하기 위해 각 단부에 연결된 6개의 부재로 구성된다. 세 개의 부재를 4면체에 추가하여 좀더 큰 구조물을 얻을 수 있다. 이러한 3차원 구조물을 공간 트러스라고 한다.
트러스와는 반대인 프레임 또한 안정적이고 완전히 구속되어 있으며, 더 큰 구조물을 얻을 수 있지만, 힘이 부재를 따르는 방향으로 발생되지 않는 하나 이상의 다중힘 부재를 갖는다. 기계는 힘을 전달 및 변형시키도록 되어 있고 이동하는 부분을 갖는 구조물이다. 프레임 같은 구조물은 하나 이상의 다중힘 부재를 갖는다. 다중힘 부재는 비틀림과 압축력을 발생시키지만 전단력이가 굽힘을 발생시키지 않는다.
종래의 구조적 설계는 단일형 하중만 견디는 일차원 혹은 이차원적 분석에만 국한되었었다. 예를 들어, I-빔은 굽힘을 견딜 수 있도록 최적화되며 튜브는 비틀림을 견딜 수 있도록 최적화된다. 설계분석을 2차원으로 제한하면 설계 과정을 단순화할 수는 있지만 관련된 하중들을 무시할 수가 있다. 3차원 분석은 3차원 하중 및 구조물을 계산 및 개념화하기가 힘들기 때문에 어렵다. 실제로 많은 구조물들이 다중 하중을 견딜 수 있어야 한다. 컴퓨터가 좀더 복잡한 구조물을 모델화하기 위해 사용된다.
강도, 가벼워진 무게 같은 개선된 성능 특성을 갖는 구조적 부재를 개발하는 것이 필요함을 인식했다.
본 발명은 3차원 구조물 혹은 구조적 부재를 제공하는데 (1) 최소한 두개의 이격된 나선형 요소 (2) 두개의 나선형 요소에 부착된 하나 이상의 역방향 나선형 요소를 포함한다. 나선형 요소 및 역방향 나선형요소는 공통의 종축을 갖지만 축에 대해서 각도방향은 다르다.
또한 각각의 나선형 및 역방향 나선형 요소는 나선형 요소의 끝과 끝부분이 견고하게 연결된 네 개이상의 길다란 세그먼트를 포함하며 축에 대해서 회전한 하나의 회전을 형성한다. 그러므로 나선형 및 역방향 나선형 요소는 제 1 사각형 횡단면을 형성한다. 한가지 관점에서 구조물은 세 개의 역방향 나선형 요소 및 네 개의 나선형 요소를 포함한다.
또한 이소 트러스 구조물은 (1) 회전된 나선형 요소 및 (2) 전술된 나선형 및 역방향 나선형 요소와 비슷한 회전된 역방향 나선형 요소를 포함할 수 있다. 그러므로 회전된 나선형 및 회전된 역방향 나선형 요소는 제 1 요소에 대해서 회전된 제 2 사각형 횡단면을 형성한다. 한가지 관점에서 볼 때 구조물은 네 개의 회전된 나선형 요소 및 총 16개의 나선형 요소에 대해서 네 개의 회전된 역방향 나선형 요소를 갖는다.
여러 가지 나선형 요소는 외부노드 및 내부노드를 교차한다. 요소는 8개의 내부 및 외부 노드를 형성한다. 종방향 혹은 축방향 요소는 내부 및 외부노드를 교차하고 축에 대해서 평행하게 연장되어 있다. 구조물은 8개의 외부 노드를 갖는다. 이러한 8노드 구조물은 예상치 못한 구조적 혹은 성능 특성을 갖는다.
본 발명의 한가지 관점을 따라서 구조물은 나선형 요소를 다른 물체에 부착시키기 위해 나선형 요소의 단부에 부착된 단부 플레이트를 포함한다. 나선형 요소는 단부 플레이트 주변에 감긴 연속적인 섬유가닥으로 만들어진다. 단부 플레이트는 섬유 가닥을 수용하기 위해 여러개의 홈을 갖는 주변부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점을 따라서 구조물은 나선형 요소에 부착된 콘넥터 부재를 포함하며 나선형 요소 및 세그먼트에 다른 물체를 부착시키기 위한 세그먼트를 포함한다. 콘넥터 부재는 요소들로 만들어지는 삼각형 오프닝을 통해 연장된 삼각형 횡단면을 갖는다.
본 발명의 또 다른 관점을 따라 나선형 및 역방향 나선형 요소들은 약 60 이상의 각도를 이룬다. 이러한 각도는 예상치 못한 구조적 혹은 성능 특성을 나타낸다.
본 발명의 또 다른 관점을 따라 나선형 및 역방향 나선형 부재는 축방향 혹은 측면으로 유연성이 있지만, 비틀림 강성이 있다. 구조물은 축이 직선이 제 1의 수직위치 사이로 구부러지고 축들이 아치형인 제 2 아치형 위치 사이에서 구부러진다. 또한 구조물은 종방향으로 팽창되거나 압축된다. 어느 경우에서나 구조물은 에너지를 저장하므로 스프링 부재로 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점을 따라 구조물은 아치형이 될 수 있으며 요소들은 c아치형 축 주변에 만들어진다. 그러므로 아치형 구조물은 단순한 선형 구조물 보다는 좀더 복합한 형태를 만들며 특정한 응용분야에 적합하다.
본 발명의 또 다른 관점을 따라 보면 구조물은 테이퍼질 수 있다. 각각의 나선형 요소의 세그먼트들은 구조적 부재가 테이퍼지도록 축을 따라 길이 방향으로 줄어든다. 그러므로 테이퍼진 구조물은 단순한 선형 구조 이상의 복잡한 형태를 띄며 특정한 분야에 더 적합할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점을 따라 이소 트러스 구조물은 표지판, 전신주나 라이트를 고정시키는데 사용된다. 이소 트러스 구조물은 자전거 프레임, 항공기 잠수함 구조물 등에서 이용된다.
본 발명을 따르는 이소 트러스 구조물을 만들기 위한 방법은 두 개의 나선형 요소들 및 역방향 나선형 요소를 만들기 위해 맨드릴 주변에 섬유를 감싸는 것을 포함하며. 매트릭스 혹은 레진이 섬유에 추가되어 경화된다. 맨드릴은 구조물로부터 제거될 수 있다.
맨드릴은 섬유를 수용하거나 고정시키기 위해 배열된 여러개의 헤드를 갖는다. 맨드릴은 용해성 맨드릴이다.
본 발명의 또 다른 특징들은 도면을 참고로 자세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 이소 트러스 구조물의 사시도.
도 2는 도 1의 이소 트러스 구조물의 측면도.
도 3은 도 1의 이소 트러스 구조물의 부분 사시도.
도 4는 도 1의 이소 트러스 구도물의 배면도.
도 5a-5t는 본 발명의 나선형 요소를 보여주는 도 1의 이소 트러스 구조물의 부분 사시도.
도 6은 본 발명을 따른 또 다른 이소 트러스의 사시도.
도 7은 도 6의 이소 트러스의 측면도.
도 8은 도 6의 이소 트러스의 배면도.
도 9a 및 도 9b는 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물 성능을 실험한 그래프.
도 10a은 도 1의 이소 트러스 구조물의 배면도.
도 10b는 도 1의 이소 트러스 구조물의 측면도.
도 10c는 도 6의 또 다른 이소 트러스 구조물의 배면도.
도 10d는 도 6의 또 다른 이소 트러스 구조물의 측면도.
도 10e는 도 6의 또 다른 이소 트러스 구조물의 배면도.
도 10f는 도 6의 또 다른 이소 트러스 구조물의 측면도.
도 11a는 종래의 이소 트러스 구조물의 배면도.
도 11b는 도 11a의 이소 트러스 구조물의 측면도.
도 11c는 종래의 이소 트러스 구조물의 배면도.
도 11d는 도 11c의 이소 트러스 구조물의 측면도.
도 11e는 종래의 이소 트러스 구조물의 배면도.
도 11f는 도 11e의 이소 트러스 구조물의 측면도.
도 12a는 본 발명을 따른 단부 플레이트의 사시도.
도 12b는 도 10a의 단부 플레이트의 배면도.
도 13은 본 발명의 경사진 플레이트의 배면도.
도 14a는 또 다른 단부 플레이트의 평면도.
도 14b는 도 14a의 단부 플레이트에 대한 횡단면도.
도 14c는 도 14a의 단부 플레이트에 대한 부분 횡단면도.
도 15는 이소 트러스에 고정된 본 발명을 따른 또 다른 단부 플레이트의 측면도.
도 16은 도 15의 단부 플레이트의 평면도.
도 17a는 본 발명을 따른 말단 콘넥터의 사시도.
도 17b는 이소 트러스와 함께 도 17a에 도시된 말단 콘넥터의 평면도.
도 18a는 본 발명을 따른 말단 콘넥터의 사시도.
도 18b는 이소 트러스 구조물과 함께 도 18a의 말단 콘넥터의 저면도.
도 19a는 본 발명을 따른 말단 콘넥터의 사시도.
도 19b는 이소 트러스 구조물과 함께 도 19a에 도시된 말단 콘넥터의 저면도.
도 20a는 이소 트러스 구조물과 함께 본 발명을 따른 말단 콘넥터의 사시도.
도 20b는 도 20a의 말단 콘넥터의 측면도.
도 21a는 이소 트러스 구조물과 함께 본 발명을 따른 말단콘넥터의 사시도.
도 21b는 도 21a의 말단콘넥터의 평면도.
도 22a는 본 발명을 따른 말단콘넥터의 사시도.
도 22b는 도 22a의 말단콘넥터의 평면도.
도 23은 본 발명을 따른 콘넥터의 사시도.
도 24a는 본 발명을 따른 콘넥터의 사시도.
도 24b는 두 개의 이소 트러스 구조물을 부착시키는 도 24a에 도시된 콘넥터의 부분 사시도.
도 25a는 본 발명을 따른 또 다른 콘넥터의 사시도.
도 26은 본 발명을 따른 부착부재의 사시도.
도 27은 도 26의 부착부재와 함께 이소 트러스 구조물에 대한 사시도.
도 28a는 본 발명을 따른 외부쉘과 함께 이소 트러스 구조물의 사시도.
도 28b는 도 28a의 외부쉘의 사시도.
도 29는 도 26의 부착부재의 사시도.
도 30은 플랫폼(platform)을 지지하는 부착부재와 함께 이소 트러스 구조물의 사시도.
도 31은 부착부재의 도 다른 구조를 갖는 이소 트러스 구조물의 사시도.
도 32는 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물에 부착된 평부재의 측면도.
도 33은 본 발명을 따른 이소 트러스 구조에 부착된 평부재의 사시도.
도 34a는 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물에 부착된 평부재의 측면도.
도 34b는 도 34a의 평부재의 배면도.
도 35는 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물에 평부재가 부착된 배면도.
도 36은 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물에 평부재가 부착된 배면도.
도 37a는 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물에 대한 부착물의 평면도.
도 37b는 도 37a의 부착물에 대한 사시도.
도 38a는 본 발명의 테이퍼진 이소 트러스 구조물의 측면도.
도 38b는 본 발명의 또 다른 테이퍼진 이소 트러스 구조물의 측면도.
도 39는 곡선 형태로 도시된 본 발명의 유연성 있는 이소 트러스 구조물의 측면도.
도 40a는 본 발명을 따른 각이진 이소 트러스 구조물의 측면도.
도 40b는 본 발명을 따른 또 다른 각이진 트러스 구조물의 측면도.
도 41은 본 발명을 따른 곡선형태의 이소 트러스 구조물의 측면도.
도 42는 본 발명을 따른 원형의 이소 트러스 구조물의 측면도.
도 43은 본 발명을 따른 곡선형태의 각이진 이소 트러스 구조물의 측면도.
도 44는 본 발명을 따른 또 다른 곡선형태의 각이진 이소 트러스 구조물의 측면도.
도 45는 본 발명을 따른 또 다른 이소 트러스 구조물의 측면도.
도 46은 본 발명을 따른 브레이드형 소켓(braided sock)의 상세 사시도.
도 47은 본 발명을 따른 일체형 콘넥터(integral connector)의 측면도.
도 48은 본 발명을 따른 또 다른 일체형 콘넥터의 측면도.
도 49는 본 발명을 따른 또 다른 일체형 콘넥터의 측면도.
도 50, 51은 본 발명을 따른 유니언 콘넥터(union connector)의 측면도.
도 52는 본 발명을 따른 엘보우 콘넥터(elbow connector)의 측면도.
도 53,54는 본 발명을 따른 티 컨넥터(tee conntector)의 측면도.
도 55는 본 발명을 따른 크로스 컨넥터(cross connector)의 측면도,.
도 56은 본 발명을 따른 또 다른 컨넥터의 측면도.
도 57,58은 본 발명을 따른 또 다른 부속장치에 대한 확대도.
도 59는 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 표지판의 측면도.
도 60은 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 또 다른 표지판의 측면도.
도 61은 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 또 다른 표지판의 측면도.
도 62,63은 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 기둥의 측면도.
도 64는 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 가로등의 기둥에 대한 측면도.
도 65-74는 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 프레임을 갖는 자전거의 측면도.
도 75는 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 자전거 프레임의 확대도.
도 76은 도 78의 자전거 프레임의 사시도.
도 77은 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 형성하기 위한 멘드렐(mandrel)의 측면도.
도 78은 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 형성하기 위한 멘드렐 헤드의 사시도.
도 79는 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 위한 접이식 멘드렐의 사시도.
도 80은 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 지지부재.
도 81은 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 농구 지지대의 측면도.
도 82는 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 배낭의 측면도.
도 83은 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 마스트 혹은 지지부를 갖는 보트의 사시도.
도 84는 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 다리의 측면도.
도 85는 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 오일 플렛폼의 측면도.
도 86은 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 오일 플랫폼의 측면도.
도 87은 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물 이용한 잠수함의 단면도.
도 88은 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 미사일 혹은 로켓의 사시도.
도 89a는 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 항공기의 사시도.
도 89b는 도 89a에 도시된 항공기의 횡단면도.
도 90은 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 위성의 사시도.
도 91은 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 물탱크 타워의 측면도.
도 92는 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 지붕 시스템의 부분 측면도.
도 93은 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 카약의 측면도.
도 94는 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 로켓의 부분 측면도.
도 95는 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 인공 암초의 측면도.
도 96은 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 구동샤프트의 측면도.
도 97은 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 쇽업소버(shock absober)의 측면도.
도 98은 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 연성 조인트의 측면도.
도 99는 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 압력용기 혹은 압력탱크의 횡단면도.
도 100은 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 기어 시스템의 측면도.
도 101a,b는 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 충돌장벽의 측면도.
도 102a,b는 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물을 이용한 충돌장벽의 횡단면도.
도 1013a-c는 본 발명을 따른 이소 트러스 구조물의 배면도.
* 부호 설명 *
10 : 이소 트러스 구조물 12 : 부재
14 : 종축 20 : 나선형 요소
22 : 직선 세그먼트 30,32 : 나선형 요소
본 발명의 원리에 대한 이해를 증진시키기 위해서, 도면에 도시된 예증적인 실시예에 번호가 부여되었으며, 이는 본 발명을 제안하고자 함이 아니다. 도시된 본 발명의 변형 및 개조는 본 발명의 범위 내에서 행해질 수 있다.
개선된 이소 트러스 구조물
이소 트러스 구조물의 몇가지 기본적인 특징이 미국 특허 5,921,048(1999.7.13)에 공지되었으며, 본 발명에 참고로 인용되었다. 도 1-5에 본 발명을 따른 개선된 이소 트러스 구조물(10)이 도시되었다. 이소 트러스 구조물(10)의 선호적인 실시예의 구조 및 기하학은 여러 가지 방법으로 기술될 수 있다. 이소 트러스 구조물(10)은 구조물(10)의 종축(14) 혹은 길이 방향 축을 따라 반복형태로 설치된 여러개의 요소 혹은 부재(12)를 포함한다. 구조물(10)은 종축(14)에을 둘러쌓는 여러개의 나선형 요소(20)로 도시되며 개념화되었다. 각각의 나선형 구조물(20)은 나선형태에서 끝과 끝이 연결된 여러개의 직선 세그먼트(22)를 포함한다.
한가지 관점에서 볼 때 각각의 나선형 요소(20)는 축(14)에 대해서 단일의 완전한 회전을 하는 네 개이상의 직선 세그먼트를 포함한다. 그러므로 축(14)을 따라 보았을 때, 네 개의 직선 세그먼트(22)는 사각형을 형성하거나 도 4에 도시된 바와 같이 사각형 횡단면을 형성한다. 나선형 요소(20)는 여러개의 직선 세그먼트(22)를 무한정으로 형성한다. 직선 세그먼트(22)는 축(14)에 대해서 일정한 각도를 이루고 있다. 선호적으로 직선 세그먼트(22)는 인접한 혹은 연속적인 세그먼트의 끝 부분에 견고하게 연결된다.
한가지 관점에서 이소 트러스 구조물(10)의 기본 구조물은 (1) 두 개이상의 나선형 요소(30,32), (2) 축(14)을 둘러쌓는 하나 이상의 반대방향 나선형 요소(34)를 포함한다. 또 다른 관점에서 볼 때 기본 구조물(10)은 (1) 네 개의 나선형 요소(30,32,36,38), (2) 네 개의 역방향 나선형 요소(34,40,42,44)를 포함한다. 나선형 요소(30,32)는 시계방향 같이 한방향으로 축(14)을 감싸고, 역방향 나선형 요소(34)는 시계반대 방향 같이 반대방향으로 축(14)을 둘러싼다. 나선형 요소(30,32) 및 세그먼트(22)는 공통축(14) 및 공통 각도를 갖는다. 역방향 나선형 요소(34) 및 세그먼트는 나선형 구조(30,32)와 비슷한 구조를 갖고 있지만, 각도가 반대로 되어 있다. 이러한 기본 구조물(10)은 축(14)(도 4)에 도시된 바와 같이 사각형 횡단면으로 된 가상의 관상형 부재로 나타나있다.
도 5a-5v에 바와 같이 여러개의 나선형 요소가 구조물(10)에 각각 개별적으로 추가되는 것이 도시되었다. 제 1 나선형 요소(30)가 도 5a에 도시되었다. 세그먼트(22)는 파선으로 도시된 바와 같이 사각형 튜브(50)를 형성한다. 도 5a에 도시된 바와 같이 사각형 튜브(50)는 상하좌우 측면 혹은 평면을 갖는다. 제 1 나선형 요소(30)는 좌측면에 제 1 세그먼트(52), 상측면에 제 2 세그먼트(54), 우측면에 제 3 세그먼트(56), 하측면에 제 4 세그먼트(58)를 포함한다. 나선형 요소(30)는 더 많은 세그먼트들로 이어진다. 나선형 요소(30)의 네 개의 세그먼트(22)는 축(14)에 대해서 단독으로 완전한 회전을 한다. 도 5b-5d에 제 2,3,4 나선형 세그먼트(32,36,38)가 굵게 도시되었다.
도 5e에 제 1 역방향 나선형 세그먼트(34)가 굵게 도시되었다. 제 1 역방향 나선형 요소(34)는 좌측면에 제 1 세그먼트(60), 상측면에 제 2 세그먼트(62), 우측면에 제 3 세그먼트(64), 하측면에 제 4 세그먼트(66)를 포함한다. 역방향 나선형요소(34)는 더 많은 세그먼트들로 이어진다. 역방향 나선형요소(34)의 네 개의 세그먼트(22)는 축(14)에 대해서 단독으로 완전하게 회전한다. 도 5f-5h에 제 2,3,4, 역방향 나선형 요소(40,42,44)가 굵게 도시되었다.
도 5i에 모든 나선형 요소(30,32,36,38)가 강조되어 표시되었다. 비슷하게 도 5j에 역방향 나선형 요소(34,40,42,44)가 강조되어 표시되었다. 도 5k에 상측면 및 우측면의 모든 요소가 강조되어 도시되었다.
도 5l에 전술된 이소 트러스 구조물(10)의 기본 구조물이 도시되었는데, 이소 트러스 구조물(10)은 개선된 기본 구조물을 포함하며, 또한 추가적으로 (1) 회전된 나선형 요소, (2) 역방향으로 회전된 나선형 요소를 포함한다. 회전된 나선형 요소는 나선형 요소와 유사하지만, 나선형 요소에 대해서 회전되어 있다. 유사하게 역방향으로 회전된 나선형 요소는 역방향 나선형 요소와 유사하지만, 역방향 나선형 요소에 대해서 회전되어 있다. 회전된 나선형 요소 및 회전된 역방향 나선형 요소는 나선형 요소(30,32) 및 역방향 나선형 요소(34)에 의해 형성된 사각형에 대해서 회전된 축(14)(도 3)을 따라 도시된 바와 같이 사각형을 형성한다.
도 5l-5u에 여러 가지 회전된 나선형 요소가 나선형 및 역방향 나선형 요소가 제거된 상태로 구조물(10)에 각각 개별로 추가되는 것이 도시되었다. 제 1 회전된 나선형 요소(80)가 도 5l에 도시되었다. 세그먼트(22)는 파선으로 도시된 바와 같이 사각형 튜브(82)를 형성한다. 도 5l에 도시된 바와 같이 사각형 튜브(52)는 전방,후방,위쪽,아래쪽을 향하는 평면을 포함한다. 제 1 나선형 요소(80)는 전방을 향하는 제 1 세그먼트(84), 아래쪽으로 향하는 제 2 세그먼트(86), 후방을 향하는 제 2 세그먼트(88), 위쪽을 향하는 제 4 세그먼트(90)를 포함한다. 회전된 나선형 요소(80)는 더 많은 세그먼트들과 이어질 수 있다. 회전된 나선형 요소(80)의 네 개의 세그먼트(22)는 축(14)에 대해서 단독으로 완전하게 회전한다. 도 5m-5o에 제 2,3,4 회전된 나선형 세그먼트(92,94,96)가 굵게 도시되었다.
5p에 제 1 회전된 역방향 나선형 요소(98)가 굵게 도시되었다. 제 1 회전된 역방향 나선형요소(98)는 전방을 향하는 제 1 세그먼트(100), 아래쪽으로 향하는 제 2 세그먼트(102), 후방을 향하는 제 3 세그먼트(104), 위쪽을 향하는 제 4 세그먼트(108)를 포함한다. 회전된 역방향 나선형 요소(98)는 좀더 많은 세그먼트들과 이어질 수 있다. 회전된 역방향 나선형 요소(98)의 네 개의 세그먼트(22)는 축(14)에 대해서 단독으로 완전하게 회전한다. 도 5q-5s에 제 2,3,4 회전된 역방향 나선형 요소(110,112,114)가 굵게 도시되었다. 모든 요소들이 도 5v에 도시되었다.
도 1-5에 이소 트러스 구조물(10)은 여러개의 나선형 요소(20)를 갖는데, (1) 네 개의 나선형 요소(30,32,36,38), (2) 네 개의 역방향 나선형 요소(34,40,42,44), (3) 네 개의 회전된 나선형 요소(80,92,94,96), (4) 네 개의 회전된 역방향 나선형 요소(98,110,112,114)를 포함한다. 그러므로 구조물(10)은 총 16개의 나선형 요소(20)를 갖는다.
전술된 바와 같이 나선형 요소(30,32,36,38)의 직선형 세그먼트(22)는 공통의 각도 및 공통의 축(14)을 갖으며, 동일한 거리로 이격되어 있다. 유사하게, 역방향 나선형 요소(34,40,42,44)의 세그먼트들은 공통의 각도 및 공통의 축(14)을 갖으며, 일정한 거리로 서로 떨어져 있다. 하지만 역방향 나선형 요소 (34,40,42,44)의 직선형 세그먼트는 나선형 요소(30,32,36,38)의 세그먼트의 각도에 대해서 반대방향의 각도를 갖는다. 이러한 구조물은 축(14)에서 본 바와 같이 도 4에 도시된 것처럼 사각형 횡단면으로 된 가상의 관상형 부재를 나타낸다.
회전된 나선형 요소(80,92,94,96)의 직선형 세그먼트는 공통의 각도 및 공통의 축(14)을 갖으며, 나선형 요소(30,32,36,38)와 같이 동일한 거리만큼 서로 이격되어 있다. 회전된 역방향 나선형요소(98,110,112,114)의 세그먼트들은 공통의 각도 및 공통의 축(14)을 갖으며, 나선형 요소(34,40,42,44)와 같이 동일한 거리만큼 서로 이격되어 있다. 하지만 회전된 역방향 나선형요소(98,110,112,114)의 직선형 세그먼트들은 회전된 나선형 요소(80,92,94,96)의 세그먼트의 각도에 대해서 반대인 각도를 갖는다.
회전된 나선형요소(80,92,94,96) 및 회전된 역방향 나선형 요소(98,110,112,114)는 나선형 요소(30,32,36,38) 및 역방향 나선형 요소(34,40,42,44)에 대해서 회전된다. 다시 말하자면 이러한 구조물은 축(14)에서 보았을 때 사각형 횡단면으로 된 관상형 부재로 보이지만 도 4에 도시된 것처럼 나선형 및 역방향 나선형 요소에 의해 만들어진 가상의 관상형 부재에 대해서 회전된다. 나선형, 역방향 나선형, 회전된 나선형, 회전된 역방향 나선형 요소들은 도 4에 도시된 바와 같이 축(14)에서 보았을 때 8개의 꼭지점을 갖는 별모양 횡단면을 갖는 가장의 관상형 부재로 보인다.
두개 이상의 단일요소(12)는 조인트(120)(도 4)에 연결되거나 교차된다. 요소(12)는 조인트(120)에 견고히 연결되거나, 유연성있게 연결되거나 간신히 교차할 수 있다. 노드는 교차되는 요소(12)가 연결된 곳에 형성된다. 외부 노드(122)는 도 4에 도시된 바와 같이 구조물(10)의 주변부에서 교차 요소(12)가 만다는 곳에 형성된다. 내부 노드(124)는 도 4에 도시된 바와 같이 구조물(10)의 내부에서 교차요소(12)가 만나는 곳에 형성된다. 이소 트러스 구조물(10)은 도 4에 도시된 바와 같이 8개의 외부 노드(122)에 대해서 8개의 노드를 갖는다.
베이(bay)(128)(도 1,2)는 종축(14) 방향으로 측정된 반복 패턴으로 형성된다. 베이(128)는 요소(12)에 의해 형성된 단일 패턴을 갖는다. 구조물(10)은 여러개의 베이(128)를 갖는다. 또한 베이(128)의 길이는 변할 수 있다.
내각(130)(도 3)은 4면체로 된 두 개의 요소(12)로 만들어진 평면과 동일한 사면체로 된 대향된 요소로 만들어진 평면으로 형성된다.
반복패턴은 여러개의 삼각형 혹은 사면체로 표현될 수 있다. 삼각형 및 사면체는 작은 것보다 큰 것까지 크기가 다양하다.
구조물(10)은 도 4에 도시된 바와 같이 8개의 꼭지점으로 된 별모양의 횡단면을 갖는 하나의 가상 튜브를 형성하기 위해 서로 겹쳐진 사각형 횡단면으로 된 두 개의 가상 관상형 부재로 개념화된다. 종축(14)에서 봤을 때, 구조물(10)은 축(14)으로부터 여러개의 삼각형 형태로 되어 있으며, 구조물(10)의 내부에서 다면체 횡단면으로 된 가상의 관상형 부재를 형성하기 위해 주변부를 향해 있다. 선호되는 실시예에서, 8개의 삼각형은 구조물(10)의 내부에 8각형 횡단면으로 된 가상의 관상형 부재를 형성하기 위해 종축에 대해서 이격되어 있다.
또한 축(14)에서 보았을 때 축(14)과 평행한 8개의 평면을 형성할 수 있다. 평면은 8개의 꼭지점으로 된 별모양에서 특정한 외부 노드(122) 사이로 연장된다. 이러한 평면들은 45도 간격으로 축(14) 방향을 향하고 있다.
또한 베이(128) 내에서 삼각형 그리드의 링은 견고한 구조적 특성을 갖도록 형성된다. 삼각형 그리드의 상기 링은 도 4에 도시된 바와 같이 베이의 중심에서 구조물(10)의 내부를 에워싼다. 많은 연결부로 인해 강도가 견고해짐을 알 수 있다.
나선형 요소(30,32,36,38)는 외부 노드(122)에서 역방향 나선형 요소(34,40,42,44)과 교차한다. 유사하게, 회전된 나선형 요소(80,92,94,96)는 외부 노드(122)에서 회전된 역방향 나선형 요소(98,110,112,114)와 교차한다.
나선형 요소(30,32,46,38)는 내부요소(124)에서 회전된 역방향 나선형요소(98,110,112,114)과 교차한다. 유사하게, 회전된 나선형요소(34,40,42,44)는 내부 노드(124)에서 역방향 나선형 요소(80,92,94,96)와 교차한다.
나선형 요소(30,32,36,38) 및 회전된 나선형 요소(80,92,94,96)는 교차하지 않는다. 마찬가지로, 역방향 나선형 요소(36,40,42,44) 및 회전된 나선형 요소(98,110,112,114)는 교차하지 않는다.
여러개의 나선형 부재에 추가하여, 구조물(10)은 내부노드(120)에서 여러개의 나선형 부재(20)와 교차하고 구조물(10)의 내부에 위치한 8개의 축방향 부재(132)(도 2,4)를 갖을 수 있다. 축방향 부재(132)는 종축(14)과 평행하다.
외부 및 내부 노드(122,124)는 요소가 서로 견고하게 연결되거나 견고한 연결부를 형성할 수 있다. 또한 축방향 부재(132)는 내부 노드(124)에서 요소들과 견고하게 연결될 수 있다. 요소들은 복잡재료로 만들어진다. 구조물(10)의 나선형 구조는 복잡구조물에 특히 적합하다. 요소들은 여러 가지 요소의 섬유가 서로 중첩된 것같이 함께 결합된다. 섬유는 부재의 나선형 구조를 따라 맨드릴에 대해서 나선형 패턴으로 감기며, 추후 상세히 설명될 것이다. 요소들의 세그먼트가 섬유의 연속적인 가닥으로 형성되기 때문에 매우 강한 강성을 나타낸다. 요소 혹은 구성요소들은 써모셋(thermoset)(에폭시, 비닐 에스테르 등등) 혹은 열가소성 물질(폴리에스터, 폴리프로필렌, PVC 등등) 같은 매트릭스(matrix)에서 유리섬유, 탄소섬유, 붕소섬유, 바살트(basalt) 혹은 케블라(Kevlar)(아라미드) 같은 섬유가 될 수 있다. 또한UV 보호제, 방수 가공재 같은 화학 레진(resin) 혹은 매트릭스가 혼합제로 포함될 수 있다.
선택적으로 구조물(10)은 목재, 플라스틱, 세라믹 같은 재료로 만들어진다. 부재의 요소들은 노드(122)에서 연결부와 함께 결합되는 미리 제조된 요소로 구성될 수 있다. 연결부는 요소를 수용하도록 형성된 리세스(recess)를 갖는다. 리세스는 부재(10)의 원하는 기하학을 갖도록 되어 있다. 구조물(10)의 복합적인 대칭성 및 매우 높은 내구성으로 인해서 미적이고, 효율적이며, 손상에 대한 내구성을 갖으며, 3차원 구조로 인해서 국소 비틀림에 대한 저항성을 나타낸다. 구조물(10)은 중심부 공동에 대해서 반대방향으로 구분적 선형 방식(piecewise linear fashion)으로 나선형으로 된 부재와 함께 안정적인 기하학적인 형태를 이용한다. 나선형 및 종방향 부재는 반복적으로 엮어지고 높은 중복적이고 안정적인 구조에 양보(yield)한다.
또한 구조물(10)은 주요 하중 경로에서 연속적인 섬유의 기계적인 특성을 이용한다. 하중은 빔 세그먼트를 통해 다른 빔 세그먼트를 통해 확산되는 교차점으로 전달된다. 각각의 부재는 주로 축방향 하중을 수용하는데, 연속적인 섬유강화 혼합물의 원래의 강성 및 강도를 온전히 이용한다. 나선형 부재는 주로 비틀림 및 가로전단 하중을 수용하며, 휨이나 축방향 압축으로 하중이 가해질 때 버클링(buckling)에 대해서 종방향 부재를 안전화시키며, 종방향 부재는 주로 축방향 및 굽힘 하중을 수용하며 비틀림 혹은 가로전단으로 하중이 가해질 때 버클링에 대해서 나선형 부재를 안정화시킨다. 조인트 및 노드에서 종방향 및 나선형 부재를 여러 가지로 엮어짜게 되면 서로 의존하는 형태의 3차원 안정화를 가능하도록 하기 위해 강한 맞물림 구성을 나타내게 된다.
또한 구조물(10)의 높은 중복특성으로 인해서 손상에 대한 내구성이 크다. 하나의 부재를 제거하면 전체 구조물에 대해서 부분적인 붕괴만을 가져온다. 실제로 완전한 노드를 제거하면 약 1/N의 실효성(effective property)을 감소시키는데,여기서 N은 하나의 횡단면에서 노드의 개수를 나타낸다. 이러한 손상 허용량(damage tolerance capability)은 종래의 쉘 구조물에 대해서 중요한 성능적인 이점을 제공한다.
합성 이소-그리드 구조물의 파괴는 통상적으로 개선된 합성 구조물에서 관찰되는 것보다 전체적으로 좀더 유연한 특성을 나타낸다. 초기 반응이 극한하중(ultimate load)에 대해서 여전히 선형 탄성적이지만, 손상이 시작된 후에는 비선형적이다. 압축시 이러한 비선형성은 부재가 하나의 노드에서 파괴될 때마다 대략 1/N 만큼 하중의 하락을 포함한다. 처짐에서 파괴는 연성이 덜한데, 하중이 겨우 몇몇개의 부재에만 집중되기 때문이다.
강성이 반대로 영향을 받음에도 불구하고 한가지 하중 형태가 가해질 때 파괴가 시작됨으로 인해서 또 다른 방향으로 하중이 가해질 때 강도가 감소가 아주 적을 뿐이다. 또한 주하중 수용부재(principal load carrying member)의 파괴는 단순히 가해지는 하중에 견디기 위해 2차하중 수용부재(secondary load carrying member)의 성능에 영향을 주지 않거나 적게 영향을 준다. 압축시 하나의 베이가 파괴되는 것은 그에 상응하는 거칠기(roughness)가 줄어듦에도 불구하고 구조물의 비틀림 능력에 적게 영향을 준다. 다시 말해 주요부재가 국소적으로 파괴되는 것은 2차 부대의 능력에 영향을 적게 준다.
전술된 구조물(10)의 기본적인 구조로부터 부재를 추가하여 몇가지 선택적인 구조가 가능하다. 도 6-8에 외부 축방향 부재(140)가 구조물(10)의 주변부에 위치하며 외부 노드(122)에서 여러개의 나선형 부재(20)가 교차하는 것이 도시되었다. 축방향 부재(140)는 종축(14)에 평행하다. 또한 주변부 부재(144)는 종축(14)에 수직인 평면에 놓인 노드(122) 사이의 주변부에 위치한다. 주변부재(144)는 도 8에 도시된 바와 같이 축(14)에서 볼 때 다면체를 형성한다.
주변부재(144)는 종축(14)에 대해서 비스듬한 노드(122) 사이의 구조물(10) 주변부에 놓인다. 이러한 대각선 주변부재는 여러개의 나선형 요소(20)의 주변부에 둘러쌓인 추가적인 나선형 요소의 세그먼트에 의해 형성된다. 대각선 주변부재는 인접한 노드(122) 사이로 연장되거나 교대형 노드(alternating node)까지 연장된다. 이러한 주변부재는 제 1 혹은 이중 이소 트러스 구조물에 대해서 또 다른 이소 트러스 구조물을 형성한다. 이러한 구조는 비교적 부드러운 외부 표면을 형성하거나지지 구조물을 형성하여 미적인 목적으로 외피에 단순하게 적용된다
전술된 바와 같이 본 발명의 개선된 이소 트러스 구조물은 사각형 횡단면을 형성하기 위해 축(14)에 대해서 완전히 회전하는 네 개의 세그먼트를 포함하는 16개의 나선형 요소를 포함하며, 8노드 구조물이라고 한다. 8 및 6개의 노드 구조를 나란히 비교한 것이 도 10a-f 및 11a-11f에 도시되었다. 8 노드 구조물(10)이 도 10a,10b에 도시되었으며, 6개 노드 구조물은 도 11a,11b에 도시되었다.
외부 축방향 부재(140) 및 주변부재(144)가 구조물에 추가되었는데, 8 노드 구조물에 대해서는 도 10c 및 도 10d에 도시되었으며, 6노드 구조물에 대해서는 도 11c 및 도 11d에 도시 되었다. 전술된 바와 같이 외부 축방향 부재(140) 및 주변부재(144)는 제 1 혹은 이중 이소 트러스 구조물에 대해서 또 다른 이소 트러스 구조물을 형성한다. 내부 축방향 부재가 구조물로부터 제거되었으며, 8노드 구조물에 대해서는 도 10e,10f에 도시되었으며, 6노드 구조물에 대해서 도 11e,11f에 도시되었다.
8노드형은 측면이 평행한 구조물(10)을 구성하는데, 구조물이 좀더 사각형처럼 되어서 사각형 모양에 더 잘 맞는다. 예를 들어 8노드형은 평행하고 수직인 측면 때문에 박스형태에 잘 맞으며, 구조물의 크기가 고정되는 내부 강도가 필요한 곳에 적합하다.
또한 노드의 늘어난 개수는 나선형 요소의 부재 혹은 인접한 세그먼트 사이의 각도를 증가시킨다. 6노드 형으로 인접한 세그먼트 혹은 부재 사이의 예각으로 각각의 나선형 요소는 완전한 회전을 하거나 삼각형을 이루는 세 개의 세그먼트 혹은 부재를 갖는다. 이러한 예각은 응력이 집중되는 지점의 역할을 하고 파괴되기 쉽다. 그러나 8노드 형으로 나선형 요소는 비교적 넓은 각도로 완전한 회전 혹은 사각형을 형성하는 네 개의 세그먼트 혹은 부재를 갖는데, 감소된 응력과 파괴를 갖는다. 8노드형은 넓은 각도로 원형 노드가 가능하게 하여서 응력집중을 감소시킨다.
또한 8노드형은 횡단면에 대한 일정 비율로써 좀더 많은 방해받지 않는 내부 공간(자유체적)을 갖는데, 제조하기가 쉽고 6노드형 보다 덜 구조적인 목적으로 좀더 내부 체적을 많이 양보하게 된다.
성능 특성
도 9a-9f에 본 발명의 이소 트러스 구조물(10)의 성능이 다른 형태에 대해서 도시되었다. 전술된 바와 같이 본 발며의 이소 트러스 구조물(10)은 8개의 외부 노드(122)를 포함하며, 8노드 구조물이라고 한다. 또한 본 발명의 이소 트러스 구조물(10)은 사각형 횡단면을 형성하기 위해 축(14)에 대해서 완전한 회전을 하는 네 개의 세그먼트를 포함하는 16개의 나선형 요소를 포함한다. 미국 특허 5,921,048에 공지된 기본 구조는 12개의 나선형 요소만을 포함하는데, 각각의 삼각형 횡단면을 형성하는 세 개의 직선형 세그먼트를 가지므로 6개의 외부 노드만을 포함하게 된다. 8노드 및 6노드형을 나란히 비교한 것이 도 10a-f 및 11a-11f에 도시되어 있다.
도 9a에 여러 가지 조물의 형태에 대한 굽힘응력이 도시되었다. 특히 6,8,10,12개의 노드를 갖는 여러개의 구조물에 대한 굽힘응력이 도시되었다. 도면에 도시된 바와 같이 8노드 구조물은 굽힘응력을 현격히 증가시켜서 놀랄만한 결과를 가져온다. 도 9b에 여러개의 노도를 갖는 구조물의 여러 가지 형태에 대한 비틀림 강도가 도시되었다. 역시 도시된 바와 같이 8노드 구조물(10)은 구조물(10)의 비틀림 강도를 현격히 증가시켜 놀랄만한 결과를 가져온다. 굽힘 응력과 비틀림 응력을 증가시키는 8개 이상의 노드의 개수가 증가되는데 6개에서 8개의 노드로 증가되는 것이 그리 중요한 증가치는 아니다.
각도를 이루는 구조
도 2,3에 도시된 바와 같이 각도(130)가 나선형 요소(30) 및 역방향 나선형 요소(34), 혹은 이들의 세그먼트 사이에 형성된다. 선호적으로 상기 각도(130)는 45 보다 크거나 갖고, 좀더 선호적으로 60도 이상이며, 가장 선호적으로 75도 보다 크거나 갖다. 도 9a에 도시된 바와 같이 나선형 및 역나선형 요소(30,34) 사이의 각도(130)가 증가함에 따라서 굽힘 응력은 현격히 증가한다. 유사하게 도 9b에 도시된 바와 같이 구조물(10)의 비틀림 강도는 각도(130)가 75도 일 때 현격히 증가한다. 비틀림 특성은 약 90도인 각도(130)에서 가장 크게 나타낸다.
도면에서 볼 수 있듯이, 구조물의 굽힘 및 축방향(인장) 특성은 각도(130)가 증가함에 따라 개선된다. 그러나 버클링과 비틀림 같은 다른 특성들은 각도가 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타낸다. 관상형 복합구조의 한가지 문제점은 굽힘 특성이이 좋지 않거나 너무 쉽게 굽혀진다는 것이다. 그러나 본 발명의 구조물은 굽힙 특성이 개선되고 더 강한 특성을 나타낸다.
말단 콘넥터
도 12a,b에 이소 트러스 구조물(10)을 다른 구조물에 부착시키거나 이소 트러스 구조물(10)을 쉽게 제조할 수 있도록 하는 단부 플레이트(120)가 도시되었다. 단부 플레이트(120)는 또 다른 물체에 나선형 요소 및 구조물(10)을 부착하기 위해 나선형 요소(20)의 단부에 부착된다. 단부 플레이트(120)는 볼트 같은 것들이 단부 플레이트(120)를 이소 트러스 구조물(10)이나 다른 물체에 고정시키기 위해 사용되는 여러개의 구멍(121)을 포함한다. 또한 단부 플레이트(120)는 여러개의 홈(123a)을 갖는 둘레(122)를 포함한다. 홈(123a)들은 나선형 혹은 외부 축방향 요소를 수용하거나 나선형 혹은 외부 축방향 요소를 형성하는 섬유가닥을 수용한다. 예를 들어, 섬유가닥들은 홈(123a)을 통해 단부 플레이트 주변에 감겨서 단부 플레이트(120)가 이소 트러스 구조물(10)에 일체형으로 형성되어 단부 플레이트(120)와 이소 트러스 구조물(10) 사이를 강하게 부착시킨다. 하나의 섬유 가닥이 하나의 홈(123a)을 통과해 단부 플레이트(120)를 감아서 또 다른 홈(123a)을 통해 되돌아 온다. 또한 단부 플레이트(120)는 제조되는 과정에서 맨드릴이 수용되는 중앙부 구멍(124)을 포함한다. 또 다른 홈(123b)은 내부 축방향 부재(132)를 수용하기 위해 제공되거나 내부 축방향 부재로 구성된 섬유가닥들을 수용하도록 제공된다.
도 13에 도시된 바와 같이 경사진 단부 플레이트(125)가 종축(14)에 대해서 일정한 각도로 이소 트러스 구조물(10)에 부착되도록 제공된다. 경사진 단부 플레이트(125)는 일정한 각도로 그 부착물을 수용하기 위한 방향으로 길에 연장되는 것을 제외하고 단부 플레이트(120)에 대해서 많은 비슷한 점이 있다. 이러한 경사진 단부 플레이트(125)는 일정한 각도로 두 개의 이소 트러스 구조물을 부착하기 위해 사용된다. 예를 들어, 경사진 단부 플레이트(125)는 45도로 이소 트러스 구조물에 부착되는 형태를 하고 있다. 그러므로 두 개의 이소 트러스 구조물은 90도를 이루기 위해 경사진 단부 플레이트(125)에 의해 연결된다.
도 14a-c에 또 다른 물체가 구조물을 부착시키기 위해 구조물(10)에 부착되기 위한 또 다른 단부 플레이트(126)가 도시되었다. 단부 플레이트(126)는 구조물을 수용하기 위한 홈 혹은 슬롯(127)을 갖는다. 선호적으로 홈(127)은 구조물의 내부영역을 수용하도록 8각형이 된다. 홈 혹은 슬롯(127)은 주변벽(128)을 형성하는 가장자리 혹은 주변부 근처의 플레이트(126)에 대해서 형성될 수 있다. 주변벽(128)은 여러개의 플랩(flap) 혹은 핑거(finger)(130)를 형성하도록 슬롯(129)이 만들어질 수 있는데, 상기 플랩 혹은 핑거는 구조물을 수용하도록 바깥쪽으로 구부러지도록 유연하며 일단 구조물이 수용되면 안쪽으로 다시 구부러질 만큼의 탄성을 갖아서 구조물이 플레이트(126) 및 핑거(130) 사이의 홈(127) 안으로 "스냅(snap)" 연결된다.
다른 홈(132)들은 플레이트(126) 혹은 핑거(130)에 형성되어 구조물의 여러 가지 세그먼트를 수용하도록 되어 있어서 핑거(130)는 플레이트(126)에 구조물을 고정시키기 위해 여러 가지 세그먼트 주변에 "스냅(snap)" 연결된다. 구멍(132)은 홈(127)에 구조물을 고정시키기 위한 볼트 혹은 나사를 수용하도록 플레이트(126) 안에 형성되고 핑거(13) 및 홈(127)을 통해 만들어진다. 구멍(132)들은 볼트나 나사가 여러 가지 세그먼트 주변으로 구조물을 통과하도록 위치한다. 이러한 형태는 구조물이 플레이트에 스냅 연결되는 이점을 갖는다.
도 15,16에 구조물(10)에 부착되는 또 다른 단부 플레이트(136)가 도시되었다. 여러개의 U자형 볼트 혹은 부재(137)는 구조물(10)의 여러 가지 세그먼트 혹은 노드 주변으로 연장되고 구조물을 플레이트에 고정시키기 위하 플레이트(136)에 고정된다. U자형 볼트 혹은 부재(137)는 볼트 혹은 부재(137)가 구조물(10)을 통해 방사형으로 연장되어서 단부 플레이트(136) 쪽으로 축방향을 경사지도록 기울어진다. 구멍들은 단부 안에 들어가는 너트로 고정될 수 있는 볼트나 부재(137)를 수용하기 위해 플레이트(136)에 형성된다. 볼트나 부재(137)는 도시된 바와 같이 구조물(10) 바깥쪽에 위치하거나 안쪽에 위치할 수 있다. 또한 볼트 혹은 부재(137)는 외부 노드(122)에서 구조물(10)과 맞물리고, 나선형 부재와 외부 축방향 부재(140)와 맞물린다. 이러한 형태는 제조비용이 적게든다.
도 17a,b에 구조물(10) 안쪽으로 연장되고 구조물(10)의 여러 가지 세그먼트 사이에 형성된 오프닝 내에 수영되는 여러개의 핑거(142)를 갖는 베이스(141)를 포함하는 또 다른 말단 콘넥터(140)를 도시한다. 베이스(141)는 베이스(141) 주변에 배열되고 종방향 혹은 축방향으로 연장된 핑거(142)를 갖는 고리모양이다. 선호적으로 베이스(141)는 세그먼트 혹은 나선형 부재 사이의 중앙부 공간 안에 꼭 맞는 크기로 되어 있다. 또한 연결부(140)는 선호적으로 구조물(10)의 세그먼트 사이에 있는 8개의 삼각형 공간에 들어가도록 8개의 핑거(142)를 포함한다. 중앙부 링(143)은 중앙부 공간에 배열되고 볼트 같은 체결부(144)에 의해 핑거(142)에 부착된다. 그러므로 중앙부 링(143) 및 체결부(144)는 핑거(142) 및 베이스(141)를 구조물(10)에 고정시킨다. 또 다른 물체가 구조물(10)에 부착시키기 위한 베이스(141)에 고정된다. 상기 연결부(140)의 형태로 인해서 베이스(141) 및 핑거(142)가 구조물의 단부에 쉽게 미끄러져 들어가며, 체결부(144)에 의해 중앙부 링(143)에 부착된다. 또한 연결부(140)는 돌출되지 않도록 구조물(10)의 전체 주변부나 원주에 배열된다. 핑거는 체결부가 꽉 조여짐에 따라 안쪽으로 구부러져 구조물을 그립핑할만큼 유연하며 탄성적이다.
도 18A,18B에 c-클램프형 체결부(147)가 전술된 중앙부 링(143)에 사용되는 비슷한 연결부(146)가 도시되었다. 또한 L형 부재(148)가 핑거(142)로부터 돌출되거나 핑거에 고정되고 중앙부 공간 안으로 연장된다. C-클램프(147)는 L형 부재(148)의 경사진 부분을 둘러싸며 서로 고정시켜서 구조물(10)에 핑거(142) 및 베이스(141)를 고정시킨다. 이러한 연결부(146)의 형태로 인해서 핑거(142)는 C-클램프(147)가 조여짐에 따라 중심부 쪽으로 안쪽을 향해 구부러진다. 그러므로 핑거(142)는 구조물(10)을 그립핑한다.
도 19a,b에 핑거(12)가 함께 쌍을 이루거나 한상으로 연결된 비슷한 연결부(150)가 도시되었다. L형 부재(151)는 구조물(10)의 중앙부 공간쪽으로 부착된다. 반대쪽 L형 부재(151)는 볼트 같은 체결부(152)로 서로 연결된다. 체결부(152)가 조여져서 L형 부재(151)를 잡아 당기며 핑거(142)가 안쪽으로 당겨지게 된다. 그러므로 핑거(142)는 구조물(10)을 그립핑한다.
도 20a,b에 도시된 바와 같이 또 다른 말단 연결부는 종방향 혹은 축방향으로 연장된 여러개의 핑거(155)를 갖는 단부 플레이트(154)를 포함한다. 선호적으로 핑거(155)는 구조물(10)의 세그먼트 사이에 있는 오프닝 안쪽에 위치하게 된다. 그러므로 연결부는 선호적으로 세그먼트 사이에 있는 오프닝에 완전히 들어가도록 삼각형 모양의 횡단면을 갖는 8개의 핑거를 포함한다. 또한 연결부는 구조물(10)의 외부, 선호적으로 내부노드의 좁은 영역에 대해서 배열된 링부재(156)를 포함한다. 핑거(155) 및 링부재(156)는 체결부 같은 것으로 베이스 플레이트(154)를 구조물(10)에 고정시키기 위해 부착된다. 핑거(155)는 링부재(156)를 수용하기 위한 슬롯이나 홈들을 갖는다. 또한 링부재(156)는 좁은 영역에서 구조물(10)의 외부에 대해 링부재(156)를 설치하기 위해 하나 이상의 형태로 형성된다.
도 21a,b에 여러개의 유지부재(157)가 베이스 플레이트 및 핑거(155)에 구조물(10)을 유지시키는 핑거(155)에 부착된 비슷한 연결부가 도시되었다. 핑거(155)는 유지부재(157)를 수용하도록 슬롯, 구멍 같은 것을 포함한다. 유지부재(157)는 핑거와 구조물(10)의 세그먼트까지 연장될 수 있다 .그러므로 핑거(155) 및 베이스 플레이트(154)는 베이스 플레이트(154)를 구조물에 고정시키기 위해 구조물(10), 핑거(155)에 설치된 유지부재(157) 및 구조물의 단부로 맞춰져 들어간다.
도 22a,b에 여러개의 핑거(162) 및 베이스(161)를 갖는 또 다른 말단 연결부(160)가 도시되었다. 베이스(161)는 구조물(10)의 외부 주변에 있다. 핑거(162)는 구조물의 세그먼트 사이의 공간에 수용되도록 고리모양 베이스(161)에서부터 안쪽으로 연장된다. 베이스(161)는 선호적으로 구조물을 수용하도록 8각형이며 구조물(10)의 원주 혹은 주변부를 완전히 둘러쌓고 있다. 다른 물체들은 베이스(161)에 부착되어 구조물(10)의 외부에 고정된다.
도 23에 구조물의 원주 및 주변부에 부분적으로만 연장된 베이스(165)를 가즌 비슷한 말단 연결부(164)가 도시되었다. 다른 물체들은 베이스(165)에 부착되어 구조물(10)의 외부에 고정된다.
도 24a,b에 두 개의 구조물을 선호적으로 끝부분과 끝부분이 연결된 형태로 부착하기 위한 또 다른 형태의 말단 연결부(170)가 도시되었다. 이러한 연결부(170)는 크기가 큰 구조물을 만들기 위해 여러개의 구조물(10,171)을 조립하는데 유용하다. 연결부(170)는 제 1,2 구조물(10,171)에 맞물리는 형태의 대향된 제 1,2 단부(172,173)를 포함한다. 연결부(170)는 구조물(10,171)의 종방향을 따라 연장된 형태의 길에 늘어진 축방향 부재(174)를 포함한다. 축방향 부재(174)는 선호적으로 조절 가능한 부착부재(175)에 의해 서로 부착된 제 1,2 영역 안으로 분할된다. 제 1,2 영역의 근접단부가 나사형태로 고정되며, 부착부재(175)는 근접단부를 수용하기 위한 대향된 나사형 오프닝을 갖을 수 있다. 그러므로 부착부재(175)를 회전시켜 제 1 ,2 영역을 함께 끌어당기거나 분리시킨다.
단부(172,173)는 구조물(10,171)을 부착 및 연결시키는 형태이다. 각각의 단부(172,173)는 선호적으로 구조물의 세그먼트를 고정시키기 위한 후크형태 안에 형성된다. 단부(172,173)는 구조물의 세그먼트를 연결하기 위한 경사진 U자형 부재(176)를 포함할 수 있다. 그러므로 부재(176)는 단부에서부터 안쪽 방향으로 구조물쪽을 향해 연장되며, 후크를 형성하기 위해 종방향 혹은 축방향으로 기울어진다. 또한 U자형 부재(176)는 축방향 부재의 어느 한 측면을 따라 연장된다. 그러므로 U자형 부재(176)는 함께 부착된 상태로 제 1,2 구조물(10,171)을 끌어당기기 위해 부착부재(175)를 회전시켜 함께 끌어당겨진 축방향 부재(174)의 제 1,2 영역 및 구조물에 걸릴 수 있다.
도 25에 구조물(10,171)의 세그먼트를 둘러쌓기 위해 단부(172,173)에 테(hoop) 혹은 고리(loop)(179)가 형성되는 비슷한 부착물(178)이 도시되었다. 테 혹은 고리(179)는 축방향 부재(174)의 단부(172,173)에서 브라켓에 수용되는 단부를 갖는 경사진 U자형 부재에 의해 형성될 수 있다.
중간 연결부
단부에서 이소 트러스 구조물(10)을 연결하는 것뿐만 아니라 이소 트러스 구조물의 중간 지점에 다른 물체를 부착할 필요가 있다. 도 26에 도시된 바와 같이 부착부재(180)가 중간위치에서 이소 트러스 구조물(10)에 부착하기 위해 제공된다. 부착부재(180)는 삼각형 횡단면으로 된 영역 혹은 삼각형 횡단면을 갖는다. 그러므로 부착부재(180)의 삼각형 횡단면은 도 27에 도시된 바와 같이 이소 트러스 구조물(10)의 삼각형 오프닝을 통해 수용된다. 선호적으로 부착부재(180)의 삼각형 형태는 꼭 맞도록 하기 위해 구조물(10)을 통해 오프닝의 크기 및 삼각형과 잘 맞도록 되어 있다. 여러개의 홈(182)이 나선형 요소를 수용하기 위한 부착부재에 형성된다. 그러므로 또 다른 물체는 이소 트러스 구조물(10)에 부착하기 위해 부착부재(180)에 부착된다. 예를 들어 한 쌍의 부착부재(180)는 유틸리티 라인(utility line) 등을 지지하기 위한 전신주(utility pole)의 십자형 부재 같이 다른 물체를 지지하기 위해 구조물(10)을 통해 연장된다.
도 27에 도시된 바와 같이 부착부재(180)의 단부는 볼트 같은 체결부(185)를 쉽게 사용하고 수용하기 위해 삼각형 횡단면에 형성된 홈(184)들을 갖는다. 홈(184)은 체결부(185)를 위한 평평한 플랜지(flat flange)(186)를 형성한다.
전술된 바와 같이 부착부재(180) 혹은 구조물(10)에 여러 가지 다른 물체들이 부착된다. 도 28a,b에 도시된 바와 같이 외부쉘(190)은 구조물(10)에 부착된다. 쉘(190)은 다른 물체들을 쉘(190)에 부착하여 결국은 구조물(10)에 부착하기 위한 플랫폼처럼 혹은 구조물(10)을 보호하기 위해 사용될 수 있다. 쉘(190)은 적합한 형태를 갖추고 있다. 쉘(190)은 구조물(10)의 주변부 혹은 외부에 맞도록 8각형 횡단면을 갖거나 8각면체이다. 전술된 것과 비슷한 부착부재(191)는 구조물(10)을 통해 연장되며 삼각형 횡단면을 갖을 수 있다. 쉘(190)은 구조물(10)의 길이 방향을 따라 혹은 종방향을 따라 연장된 제 1,2 하프(half) 같은 측면 혹은 방사형 영역이 구비된다. 쉘의 (190)의 각 반쪽은 부착부재(191)의 단부에 부착될 수 있다. 예를 들어 개구부는 볼트 같은 체결부를 수용하기 위해 부착부재(191)의 단부에 축방향으로 형성된 보어 및 쉘(190)에 형성되는데, 부착부재(91)에 쉘(190)을 고정시키기 위한 보어를 개구부를 통해 연장시킨다. 쉘(190)은 구조물 상승되는 것을 방지하고 구조물(10)을 보호하거나 부착된 여러 가지 다른 물체를 갖는다.
도 29에 도시된 바와 같이 전술된 바와 같이 부착부재(180)는 한 쌍 혹은 그룹으로 형성된다. 또한 쌍을 이룬 부착부재(180)는 서로를 향해 있어 아워글래스(hour-glass) 측면을 형성하거나 서로 떨어져서 다이아몬드 형태의 측면을 갖는다. 또한 부착부재(180)는 대향된 단부로부터 연장되도록 형성되거나 네 개의 직교한 측면 같은 하나 혹은 두 개의 측면보다 많은 바깥쪽 방사형태가 된다.
브라켓(193)은 쌍으로 된 부착부재(180)의 단부를 둘러쌓는 형태가 될 수 있다. 여러 가지 물체는 다른 물체를 매달기 위한 아이(eye) 같이 브라켓(193)에 부착된다.
도 30에 도시된 바와 같이 플랫폼(195)은 부착부재(180)에 부착된다.
도 31에 도시된 바와 같이, 여러개의 부착부재(180)는 사각형으로 구조물(10)을 통해 연장되는 형태가 될 수 있으며, 다면에 부착될 수 있도록 한다. 각각의 부착부재(180)는 길다란 돌출부(194)를 포함할 수 있으며 인접한 부재에 부착될 수 있다.
전술된 부착부재는 선호적으로 구조물(10)을 통해 연장된 오프닝에 일치하도록 삼각형이 된다. 도 32에 도시된 바와 같이 평평한 부착부재(200)는 구조물의 오프닝을 통해 연장된다. 평평한 부착부재(200)는 어떠한 표시를 갖고 있어서 플랫폼으로 사용될 수 있거나 표지판으로 사용될 수 있다. U자형 볼트(201)는 외부 축방향 부대와 같이 부착부재를 세그먼트에 부착시키기 위해 사용될 수 있다.
도 33에 도시된 바와 같이 다른 평평한 부재(206)는 구조물(10)의 외부에 부착될 수 있다. 후크(207)는 구조물(10)의 세그먼트에 연결하기 위한 평평한 부재(206)의 한 측면에 형성된다. 다른 물체는 평평한 부재(206)의 다른 측면에 부착되거나 다른 측면에 어떠한 표시가 될 수 있다.
도 34a,b에 도시된 바와 같이 평평한 부재(210)는 전술된 것과 비슷한 부착부재(211)를 이용하여 구조물(10)의 외부에 부착될 수 있다. 하나 이상의 부착부재(211)는 외부 근처의 구조물(10)을 통해 연장될 수 있다. U-볼트 같은 체결부(212)는 부착부재(211) 주변으로 연장되며 개구부를 통해 연장되어 평평한 부재(210)에 부착된다.
도 35에 도시된 바와 같이 부착부재(216)는 구조물(10)을 통해 연장되어 평평한 부재(217)에 부착될 수 있다. 부착부재(216)는 좀 더 많은 구조물(10)을 연결시키기 위한 블록 U자형태가 될 수 있다. 선택적으로 원형 U자형 부착 부재(218)는 도 36에 도시된 바와 같이 구조물(10)을 통해 연장된다.
전술된 많은 부착부재가 구조물(10)을 통해 연장된 것같이 도시되었다. 도 37a,b에 도시된 바와 같이 부착부재(220)는 구조물(10) 안에 연장되며 구조물(10) 전체에 연장될 필요 없이 중앙부 공간에 연결된다. 부재(220)는 체결부에 부착된 플랜지가 구비된다.
또한 부책부재는 구조물의 다른 횡단면의 오프닝을 통해 연장되는 형태를 이루고 있으며 다른 횡단면 형태를 갖을 수 있다. 예를 들어, 부착부재는 구조물에서 사변형 오프닝을 통해 연장되고 사변형 횡단면을 갖는다.
여러개의 노드는 구조물에 물체가 쉽게 부착되도록 제거된다. 예를 들어, 노드 하나를 빼면 평평한 측면이 된다. 또한 반대쪽 노드도 빼어서 평평하게 할 수가 있다.
테이퍼링된 이소 트러스 구조물
도 38a,b에 전술된 이소 트러스 구조물(10)과 비슷하지만 여러방향으로 테이퍼진 이소 트러스 구조물이 도시되었다. 도 38a에 도시된 바와 같이 이소 트러스 구조물(320)은 넓은 제 1 단부(231)로부터 좁은 제 2 단부(232)로 테이퍼진다. 구조물(230)의 나선형 요소를 형성하는 개개의 세그먼트(12)는 제 1 단부(231)에서 길게 제 2 단부(232)에서 짧게 길이가 변하하여 전체 구조물(230)이 테이퍼진다. 나선형 요소는 동일한 각도방향을 갖는 종축 주변을 연속적으로 둘러싼다. 구조물(230)은 구조물(23)의 종축과 평행하지 않은 축방향 부재(233)를 포함한다.
도 389b에 도시된 바와 같이 또 다른 이소 트러스 구조물(234)은 좁은 단부(235,236) 및 넓은 중간부(237)를 갖는다. 나선형 요소를 형성하는 개별의 세그먼트(12)는 중간부(237)에서 길이가 길고 단부(235,236)에서 길이가 짧아지도록 길이가 변한다. 구조물은 중간에서 테이퍼져서 양 단부를 넓고 중간은 좁다.
유연한 혹은 굽혀질 수 있는 이소 트러스 구조물
도 39에 전술된 이소 트러스 구조물(10)과 많은 점이 비슷하지만 축방향 부재를 포함하지 않는 유연성이 있고 굽힘성이 있는 이소 트러스 구조물(240)이 도시되었다. 각각의 요소(12)들 및 나선형 부재는 견고하게 연결될 수 있지만 세그먼트(22)는 어느 정도 유연성을 갖고 있다. 그러므로 이소 트러스 구조물(240)은 도 5t와 비슷하게 제 1 직선형태 사이에서 측면으로 굽어지고, 도 39에 도시된 바와 같이 제 2 곡선형태가 될 수 있다. 직선부분에서 구조물(240)은 도 5t에 도시된 바와 같이 직선형 종축(14)을 포함한다. 도 39에 도시된 바와 같이 전체 구조물(240)이 아치형 혹은 곡선형 축(242)에 대해서 측면으로 구부러지도록 곡선형 영역, 세그먼트 및 나선형 요소가 굽어진다.
종방향 요소가 부족하여 구조물(240)이 측면으로 구부러진다. 그러나 전술된 바와 같이 구조물이 측면으로 구부러질 수 있음에도 불구하고, 구조물(240)은 비틀림 강성을 계속 유지하거나 종축(14)에 대해서 회전을 막는다는 것이 발견되었다.
또한 비슷한 구조물은 종방향으로 압축 혹은 축방향으로 팽창될 수 있다. 그러므로 구조물은 스프링 부재 역할을 할 수 있도록 선호적으로 저장에너지로 팽창 및 압축될 수 있다.
각도가 있는 이소 트러스 구조물
도 40a에 전술된 구조적 부재(10)와 많은 부분이 유사하지만 서로에 대해서 각도를 형성하는 두 개의 영역(252,254)을 포함하는 구조적 부재(250)가 도시되었다. 예를 들어 두 개의 영역(252,254)은 직각을 형성한다. 또한 두 개의 영역(252,254)은 일체형이 되거나. 하나의 영역(252)에서 나선형 요소는 제 2 영역(254)의 나선형을 연속적으로 형성한다. 그러므로 구조물(250)은 몇가지 형태의 연결부로 형성되는 개구부 구조물 보다 강한 연속적으로 각도가 있는 구조물을 형성한다. 이러한 형태는 좀더 복합한 구조물을 구성하는데 사용된다.
구조물(250)은 외부 노드(122)에 부착된 외부 축방향 부재(256)를 갖는다. 선택적으로 구조물(258)은 각도가 생기지만 도 40b에 도시된 바와 같이 외부 축방향 부재가 없다.
곡선형 이소 트러스 구조물
도 41에 전술된 이소 트러스 구조물(10)과 비슷하지만 곡선형태 혹은 아치형 종축(272)을 갖는 곡선형 이소 트러스 구조물(270)이 도시되었다. 아치형 구조물(270)을 형성하는 나선형 요소는 서로 길이가 다른 세그먼트를 갖는다. 예를 들어, 곡선의 안쪽에 있는 내부 세그먼트(274)는 곡선의 외부에 있는 외부 세그먼트(276) 보다 짧을 수 있다. 또한 축방향 부재(278)는 곡선형 종축(272)과 평행하며 곡선형태로 되어 있다. 이러한 곡선형 구조물(270)은 예각 보다 덜 응력을 발생시킨다.
도 42에 도시된 바와 같이 원형의 이소 트러스 구조물(280)이 형성된다. 원형 구조물(280)은 도시된 바와 같이 연속적으로 구성되었다. 원형 구조물은 외부 축방향 부재를 갖는다.
이소 트러스 구조물의 곡선 혹은 원형 형태는 직선형 이소 트러스 구조물의 동일한 구조적 이점을 곡선형 및 원형 구조물도 갖는다고 여겨진다.
도 43에 도시된 바와 같이 이소 트러스 구조물(300)은 직선형태인 다른 부분(304,306)들에 결합되는 곡선형 영역(302)을 포함한다. 이러한 형태는 도 40b에 도시된 예각과 비슷하지만 영역(304,306)이 만곡된다. 곡선형 부분(302)은 전술된 곡선형 구조물(270)과 비슷하다. 이러한 형태는 전술된 좀 더 복잡한 구조물에 사용될 수 있다. 이러한 곡선형 영역은 좀더 강도가 높고 예각에 응력이 집중되는 것을 방지한다.
구조물은 도 43에 도시된 완만한 곡선형 영역을 갖거나 도 44에 도시된 급격한 곡선형 영역을 갖는다. 도 44에 도시된 바와 같이 구조적 부재(320)는 외부노드(324) 주변을 직각으로 구부리는 구조물(320)로 도시되었다. 그러므로 많은 나선형 요소가 노드(324)를 통과한다. 나선형 요소는 곡선을 통해 연속적으로 형성된다. 구조물은 외부 축방향 요소(326)를 포함한다.
도 45에 도시된 바와 같이 이소 트러스 구조물(330)은 여러개의 굽힘 혹은 굴곡부를 갖거나 좀더 복잡한 형태의 굴곡부를 갖는다. 예를 들어 구조물은 여러개의 직각으로 된 굴곡부를 갖을 수 있다. 또 다른 예를 보면, 구조물은 급격한 굴곡, 완만한 굴곡, 혹은 여러 가지 다른 종류의 굴곡, 예컨대 S자 형태로 만들어진다.
브레이드된 프리폼(braided pre-form)
전술된 바와 같이, 상기 많은 종류의 구조물은 단단한 구조를 만들기 위해 레진이 함유된 섬유로 만들어진다. 전술된 많은 형태의 구조물은 또한 브레이드된 프리폼 형태가 제공된다. 구조물은 섬유 가닥을 함께 감아서 형성된다. 또한 추가되는 섬유가닥은 섬유를 함께 고정시키기 위해 세그먼트 주변에 감싸진다. 그러나 섬유가닥들은 레진없이 유연성이 유지되며 원하는대로 팽창 및 붕괴된다. 그러므로 이러한 브레이드된 프리폼은 이송될 때 작은 영역으로 압축되거나 부서질 수 있다. 브레이드된 프리폼은 원하는 구조를 형성하기 위해 레진이 함유되며 팽창될 수 있다.
도 46에 도시된 바와 같이 세그먼트 혹은 나선형 부재를 형성하는 길다란 섬유는 섬유 주변에 있는 브레이드 된 소켓(braided sock)(3480)에 싸여진다. 이러한 소켓(348)은 엉킴 같은 것을 방지하기 위해 안쪽 길다란 섬유들을 함께 유지시킨다.
또한 섬유 혹은 세그먼트는 섬유를 압축하기 위해 꼬여질 수 있다. 또한 세그먼트 혹은 섬유는 압축하기 위해 다른 섬유들과 함께 나선형 같은 형태로 둘러쌓여진다.
일체형 콘넥터
도 47에 도시된 바와 같이 구조물(10)은 콘넥터(350)가 양 단부에 구비된다. 이러한 콘넥터(35)는 구조물(10)과 콘넥터(350) 사이에 연속적으로 연장된 섬유상화 레진 같은 것에 의해 구조물(10)에 일체화될 수 있다. 콘넥터(350)는 일치하는 콘넥터 혹은 구조물에 구조물(10)을 부착 혹은 연결시키는 형태를 갖고 있다. 그러므로 콘넥터(350)는 암,수 콘넥터 같이 돌출부 혹은 홈으로 형성되어 반대쪽 암수 돌출부 혹은 홈에 맞도록 되어 있다.
콘넥터(350)는 원통형 복합튜브와 비슷한 횡단면을 갖으며, 수용 콘넥터의 원형 오프닝에 수용된다. 콘넥터(350)는 도 49에 도시된 바와 같이 외부 나삿니 혹은 나사형(353)이 되고 수용콘넥터(receiving connector)의 내부 나삿니와 잘 맞는다. 콘넥터(350)는 암 콘넥터처럼 홈이 있거나, 숫 콘넥터처럼 돌출부가 있다. 선택적으로 콘넥터(350)는 도 48에 도시된 바와 같이 비슷한 형태의 콘넥터(357)와 일치하도록 8각형 횡단면 혹은 육각형 횡단면(356)을 갖을 수 있다. 콘넥터는 삼각형, 사각형 등 여러 가지 적합한 형상을 갖을 수도 있다.
여러 가지 형태의 부재가 구조물을 연결시키기 위해 제공된다. 예를 들어 유니언(360 혹은 361)은 도 50,51에 도시된 바와 같이 끝과 끝이 접합 형태로 구조물을 서로 연결시키기 위해 두 개의 구조물로부터 콘넥터(352 혹은 356)을 수용하기 위한 대향된 오프닝을 갖을 수 있다. 엘보우(362)는 도 52에 도시된 바와 같이 일정한 각도로 두 개의 구조물을 서로 연결시키기 위해 90도 같은 각도로 꺽어진 구조를 갖는다. 물론 다른 각도로 될 수도 있다. 티(364 혹은 357)는 도 53,54에 도시된 바와 같이 일정한 각도로 구조물을 연결시키기 위한 T자형 몸체를 갖을 수 있다. 십자형(366)은 도 55에 도시된 바와 같이 네 개의 오프닝을 갖을 수 있다. 다른 콘넥터들은 도 56에 도시된 바와 같이 베이스(354)에 구조물을 연결시킨다.
다른 부착물들
다른 부착물들이 부착될 수 있다. 예를 들어 도 57,58에 도시된 바와 같이 여러개의 부재(380 혹은 381)가 구조물을 통해 서로 가로질러 연장된다. 부재(380,381)는 서로 중첩된 관계로 서로 일치하도록 하기 위한 홈(382)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 6노드 구조물에 대해서 세 개의 부재(380)는 서로 중첩되도록 구조물을 통해 연장될 수 있다. 구멍(384)은 부재(380)를 지나 베이스(386 혹은 387) 안으로 연장된 볼트 같은 수용체결부를 위한 부재(380)에 만들어진다. 그러므로 부재(380)는 구조물을 통해 연장되고 구조물을 플레이트(386)에 부착시킨다.
표지판
도 59-61에 도시된 바와 같은 이소 트러스 구조물은 표지판을 고정시키는데 사용된다. 도 59에 도시된 것을 보명 직선형 이소 트러스 구조물(400)은 수직으로 되어 있으며 지표면 같은 지지표면에 고정된 제 1 단부(402) 및 제 1 단부(402) 위쪽으로 올라간 대향된 제 2 단부를 갖는다. 표지판(406)은 이소 트러스 구조물(400)의 상측단부(404)에 부착된다. 표지판(406)은 여러 가지 표식을 갖는다.
도 60을 보면 이소 트러스 구조물(410)은 수직요소(412), 수평요소(414) 및 이 둘을 연결하는 곡선요소(416)을 포함한다. 수직요소(412)는 수직방향을 되어 있으며 도로 측면 같은 지지표면에 고정된다. 수평영역(414)은 전술된 바와 같이 곡선 혹은 아치형 영역(416)을 통해 수직영역(412)에 고정된다. 표지판 부재(416)는 수평부재(414)에 고정된다. 그러므로 표지판(416)은 도로 위로 올라오거나 매달린다.
도 61을 보면 이소 트러스 구조물(420)은 도로 반대쪽에 있는 한 쌍의 수직부재(422,424)를 포함한다. 수평요소(426)는 두 개의 수직영역(422,424) 사이에 매달린다. 표지판 부재(428)는 수평부재에 고정된다.
전신주
도 62에 나와 있는 것 같이 이소 트러스 구조물(440)은 수직으로 되어 있으며 지표면 같은 지지표면에 부착된다. 여러개의 암(442)은 지표면 위쪽에 있는 한 곳에서 이소 트러스 구조물(440)에 부착되거나 고정되며 수평 바깥쪽으로 연장된다. 이러한 암(442)은 전술된 부착부재와 유사하다. 전화,케이블, 전기선 같은 유틸리티 라인(444)들은 암(442)에 매달린다.
도 63에 도시된 바와 같이 구조적 부재(440)는 유틸리티 라인(44)을 구조물에 부착하기 위한 비전도성 부착부재(446)를 갖는다. 유틸리티 라인(444)은 이소 트러스 구조물(440)의 길이 방향으로 어느 한 부분을 따라 연장된다.
도 64를 보면 이소 트러스 구조물(450)은 수직으로써 빛을 내기 위한 광원(454)을 갖는 상측단부(452)에 지공된다. 이러한 광원(454)은 전술된 바와 같이 말단 플레이트 같은 것으로 상측단부(452)에 고정된다.
자전거 프레임
도 65-74에 도시된 바와 같이 전술된 이소 트러스 구조물은 자전거 프레임에 사용되어서 강도가 있으면서 가벼운 이점을 갖는다. 자전거 프레임은 전방 포크(fork)(504) 혹은 핸들바(handle bar)(502)에 부착된 핸들바 연결부(500), 시트 스템(seat stem)(508)에 부착하기 위한 시트 연결부(506), 페달 조립체(512)에 부착된 페달 연결부(510), 후방 휠(516)에 부착된 뒷바퀴 연결부(514)를 포함한다. 프레임(520)은 핸들바, 시트, 페달, 뒷바퀴 연결부(500,506,510,514) 사이에 연장된 여러개의 부재를 갖는다. 예를 들어, 프레임(520)은 페달 연결부(510) 및 시트 연결부(560) 사이에 연장된 수직부재(522)를 갖는다. 또한 프레임(520)은 시트 연결부(506) 및 핸들바 연결부(500) 사이에 연장된 수평부재(524)를 포함한다. 또한 프레임 부재(520)는 페달 연결부(510) 및 핸들바 연결부(500) 사이에 연장된 대각선형 부재(526)를 갖는다. 여러 가지 요소 혹은 영역(522,524,526)은 전술된 이소 트러스 구조물과 유사하며 조립되면 삼각형 프레임(520)을 형성한다. 프레임(520)은 강도가 있고 가볍다.
도 66에서 볼 수 있듯이 하나의 대각선 부재(532)는 핸들바 연결부(500)에서 수직부재(522)까지 연장된다. 프레임(530)은 T자형태를 만들고 무게를 줄이기 위해 하나의 요소를 제거한다.
도 67에 도시된 바와 같이 또 다른 자전거 프레임(540)은 시트 연결부(506)에서 페달 연결부(510)까지 연장된 아치형 부재(542)를 갖으며, 핸들바 연결부(500)에서 아치형 부재(542)까지 연장된 대각선 부재(532)를 갖는다. 아치형 부재(542)는 뒷바퀴의 곡선에 좀더 일치하고 또 다른 굽힘강도를 나타낸다. 도 68에 도시된 바와 같이 또 다른 자전거 프레임(500)은 시트 연결부(506)에서 뒷바퀴 연결부(514)까지 연장된 부재(552)를 포함하고 페달 연결부(510)에서 뒷바퀴 연결부(514)까지 연장된, 혹은 삼각형의 또 다른 부재(554)를 포함한다. 그러므로 여러개의 프레임은 가벼운 이소 트러스 구조물로 만들어진다.
도 69를 또 다른 자전거 프레임(560)은 중심부(562)를 향해 안쪽으로 연장된 여러개의 부재를 갖는다. 하나의 대각선 부재(564)는 핸들바 연결부(500)에서 중심부(562)까지 연장된다. 유사하게 하측 부재(566)는 페달 연결부에서 중심영역(562)까지 연장된다. 또한 상측부재(512)는 시트 연결부(560)에서 중앙부(562)까지 연장된다. 이러한 형태는 제조하기 쉽도록 직선형 구조물을 이용한다.
도 70에 도시된 바와 같이 또 다른 자전거 프레임(570)은 곡선형 혹은 아치형 부재를 이용한다. 예를 들어 상측부재(572)는 핸들바 연결부(500)로부터 시트연결부(506)를 지나 뒷바퀴 연결부(514)로 완만한 곡선을 이룬다. 하측부재(574)는 핸들바 연결부(500)에서 페달 연결부(510)까지 완만한 원호가 된다. 부재(572,574)의 굴곡은 더 강도를 높게 한다. 도 71에 도시된 바와 같이 또 다른 프레임(580)은 핸들바 연결부(500)에서부터 페달 연결부(510)까지 연장된 완만한 아치형 부재(582)를 포함하고, 추가되는 부재(84)는 아치형 부재(582)에서 시트 연결부(506)를 지나 뒷바퀴 연결부(514)쪽으로 연장된다.
도 72를 보면 또 다른 자전거 프레임(590)은 핸들바 연결부(500)에서 시트 연결부를 지나 뒷바퀴 연결부(514)까지 연장된 위쪽으로 굴곡진 부재(592)를 포함하며, 하측부재(594)는 핸들바 연결부에서 페달 연결부(510)를 지나 뒷바퀴 연결부(514)쪽으로 연결된다. 그러므로 전체 프레임(590)은 이소 트러스 구조물로 만들어진다.
도 73에 도시된 바와 같이 또 다른 자전거 프레임(600)은 핸들바 연결부(500)에서 제 1 아치로 연장되고 페달 연결부(510) 쪽으로 연장된 제 2 아치로 구부러진 S자형 부재(602)를 갖는다. 상측부재(604)는 S자형 부재(602) 쪽으로 아치형태로 된 시트 연결부(506)로부터 연장된다. 도 74에 도시된 바와 같이 또 다른 자전거 프레임(610)은 핸들바 연결부(500)에서 페달 연결부(501)까지 연장된 S자형 부재(612)를 형성한다. 수직부재(614)는 페달연결부(510)로부터 시트 연결부(506)까지 위쪽으로 연장된다. 후방부재(616)는 수직부재(614)로부터 뒷바퀴 연결부(514) 쪽으로 연장된다.
도 75,76에 이소 트러스 구조물이 콘넥터 사이에 놓인 또 다른 자전거 프레임(620)이 도시되었다. 핸들바 연결부(622)는 핸들바 연결부(500)에 놓이고 상측 수평부재(624) 및 하측 대각선 부재(626)를 수용하는 형태로 되어 있다. 상측 수평부재(624) 및 하측 대각선 부재(626)는 핸들바 콘넥터(622)의 연장부에 수용된다. 시트 콘넥터(628)는 시트 연결부(506)에 놓이고 상측 수평 부재(624) 및 수직부재(630)를 수용하는 연장부를 갖는다. 하측 부재(632)는 페달 연결부(510)에 부착되고 하측 대각선 부재(626) 및 수직부재(630)를 수용하기 위한 연장부를 갖는다. 그러므로 비교적 직선형인 이소 트러스 구조물(624,626,630)은 콘넥터(622,628,632)에 부착된다.
제조방법
전술된 바와 같이 이소 트러스 구조물은 선호적으로 레진이 함유된 섬유로 만들어진다. 도한 이소 트러스 구조물 혹은 나선형 요소는 선호적으로 이소 트러스 구조물의 길이를 따라 종축을 감싸는 섬유 가닥으로 만들어진다. 이러한 복합 이소 트러스 구조물은 맨드릴을 이용하여 만들어진다. 이소 트러스 구조물의 복잡한 기학학 형상은 제조의 변화를 수반한다.
도 77에 전술된 이소 트러스 구조물을 형성하도록 배열된 섬유(702)와 함께 맨드릴(700)에 도시되었다. 맨드릴(700)은 이소 트러스 구조물의 원하는 형태와 일치하도록 길게 만들어질 수 있다. 예를 들어 도 77에 도시된 바와 같이 맨드릴(700)은 길게 생겼으며, 길다란 직선형 이소 트러스 구조물을 형성한다. 물론 맨드릴(700)은 원하는 형태의 이소 트러스 구조물에 따라 아치형이나 일정한 각도로 구부러질 수 있다. 또한 맨드릴(700)은 섬유(702)가 감싸짐에 따라서 맨드릴(700)이 회전하도록 회동 가능하게 설치된다.
맨드릴(700)은 길다한 코어 혹은 몸체(704) 그리고 그 위에 설치된 여러개의 헤드(706)를 갖는다. 코어 혹은 몸체(704)는 선호적으로 이소 트러스 구조물에 대해서 직경이 작아서 코어 혹은 몸체(704)는 나선형 요소 혹은 세그먼트와의 방해없이 이소 트러스 구조물 내에 놓인다. 헤드(706)는 선호적으로 코어 혹은 몸테(704)와 이격된다. 헤드(706)는 코어 혹은 몸체(704)에서 이소 트러스 구조물의 외부 노드(122)쪽으로 방사형태로 연장된다. 헤드(706)는 맨드릴(700)에 섬유가 둘러쌓여짐에 따라서 섬유(702) 가닥을 수용하는 형태를 하고 있다. 그러므로 8노드 이소 트러스 구조물에 대해서 8개의 헤드(706)는 코어 혹은 몸체(704)의 원주를 따라 방사형으로 연장된다. 또한 여러개의 헤드(706)는 원하는 이소 트러스 구조물의 길이에 따라 코어 혹은 몸체(704)의 길이를 따라 연장된다.
도 78에 헤드(706)가 자세히 도시되었다. 각각의 헤드(706)는 선호적으로 섬유(702) 가닥들을 수용하기 위한 여러개의 홈(710)을 갖는다. 홈(710)은 선호적으로 한 쌍의 대향된 나선형 요소를 형성하는 섬유(702) 가닥을 수용하기 위한 두 쌍의 깊은 홈(712,714)을 갖는다. 그러므로 깊은 홈(712,174)은 선호적으로 세그먼트 각도와 일치하는 각도로 아래쪽을 향해 연장된다. 각각의 깊은 홈(712,714)들은 선호적으로 서로에 대해서 일정한 각도로 형성된 두 개의 나란한 홈을 갖는데, 각각의 짝을 이룬 흠 동일한 나선형 요소에서 다른 세그먼트를 작동시킨다. 홈(716)의 내부영역은 이소 트러스 구조물의 외부노드(122)에 위치한다.
또한 홈(710)은 선호적으로 여러 쌍의 얕은 홈(718,720)을 갖는다. 한 쌍의 얕은 홈(718)은 이소 트러스 구조물의 종방향 요소를 만들기 위해 사용되며, 나머지 얕은 홈(720)은 이소 트러스 구조물의 측면 혹은 방사형 요소를 만들기 위해 사용된다.
전술된 바와 같이 이소 트러스 구조물을 만들기 위해서 섬유 가닥들이 맨드릴을 감싸서 나선형 요소 및 세그먼트를 형성하게 된다. 섬유(702) 가닥들은 나선형 요소에 대해서 전술된 바와 같이 맨드릴을 감싸고 섬유 가닥을 헤드의 홈에 놓는다. 또한 섬유 가닥들은 맨드릴(700)을 감싸줌에 따라 레진이 함유된다. 선택적으로 섬유 가닥들은 브레이드된 프리폼을 형성하기 위해 전술된 바와 같이 레진을 함유하지 않고 맨드릴을 감싼다. 그런 다음 레진은 경화되고 맨드릴은 이소 트러스 구조물에서 제거된다. 선택적으로 이소 트러스 구조물은 맨드릴와 일체형이되며 맨드릴인 그대로 남아 있는다.
이소 트러스 구조물의 복합한 기하학 모양 및 멘들에서 연장된 헤드의 연장부는 이소 트러스 구조물에서 맨드릴을 제거하는데 변화는 준다. 여러 가지 형태의 맨드릴이 이소 트러스 구조물을 만들기 위해 사용된다. 예를 들어 용해성 맨드릴은 맨드릴을 구조물에서 제거하기 위해 분리될 수 있는 고착제와 함께 소금이나 모래로 만들어진다. 또 다른 예에서, 공융 금속(eutectic metal)이 사용되어 이소 트러스 구조물에서 분리된다. 또 다른 예로써 벌룬 맨드릴(balloon mandrel)은 맨드릴을 형성하도록 진공으로 밀봉되어 포장된 모래가 충전된 공기 주머니를 갖는데, 진공은 해제되어 공기주머니는 이소 트러tm 구조물에서 맨드릴을 제거하기 위해 모래가 비워진다.
또한 이소 트러스 구조물은 내부 몰드 주변을 건식 혹은 습식으로 섬유를 감싸서 만들어지며 사출성형과 비슷한 외부 몰드로 둘러싸여진다. 이러한 몰딩과정은 좋은 합쳐짐 특성 및 성형, 표면 마무리 특성을 나타낸다.
도 79에 이소 트러스 구조물에서 제거되어 재사용될 수 있는 용해성 맨드릴(720)이 도시되었다. 용해성 맨드릴(720)은 전술된 맨드릴(700)과 비슷하며 여러개의 헤드(724) 및 길다란 관상형 몸체(722)를 갖는다. 공동의 관상형 몸체(722)는 여러개의 핀(728)을 안에 수용하기 위한 여러개의 구멍 혹은 개구부(726)를 포함한다. 핀(728)은 관상형 몸체(722)의 구멍 혹은 개구부(726)를 통해 삽입되고 핀(728)에 있는 헤드(724)를 통해 삽입된다. 그러므로 헤드(724)는 핀(728) 위의 관상형 몸체(722)로부터 연장된다. 길다란 코어(730)는 관상형 몸체(722) 내에 제거 가능하게 놓인다. 또한 여러개의 삽입부(732)는 코어(730) 및 관상형 몸체(722) 사이의 관상형 몸체(722)에 제거 가능하게 놓인다. 삽입부(732)는 또한 핀(728)을 수용하기 위한 여러개의 구멍 혹은 개구부(734)를 포함한다. 그러므로 핀(728)은 코어(730)와 접촉하기 위해 삽입부(734) 및 관상형 몸체(722)를 통해 연장된다. 그러므로 코어(730)는 핀 위의 관상형 몸체(722)로부터 연장된 헤드를 유지시킨다.
이소 트러스 구조물이 맨드릴(720)에 만들어진 후에 코어(730)는 관상형 몸체(722)로부터 코어(730)를 바깥쪽으로 움직이게 해서 관상형 몸체(722)로부터 제거된다. 코어(730)를 제거하여 삽입부(732)는 관상형 몸체(722)로부터 제거되고, 핀(728)은 관상형 몸체(722) 안으로 안쪽을 향해 이동한다. 그러므로 핀은 제거되고, 관상형 몸체(722)는 이소 트러스 구조물에서 제거된다. 또한 헤드(724)도 제거된다.
도 77을 보면 단부 플레이트(120)는 여러개의 단부의 맨드릴(700)에 놓인다. 도 12a,b에서 설명된 바와 같이 단부 플레이트(120)는 맨드릴(120)의 코어 혹은 몸체(704)가 수용되는 구멍 혹은 개구부(124)를 갖는다. 섬유 가닥(702)은 단부 플레이트(120)를 이소 트러스 구조물과 일체형으로 만들기 위해 단부 플레이트(120)를 통해 홈(123)을 감싼다. 맨드릴(700)의 코어 혹은 몸체(704)는 단부 플레이트(120)의 개구부(124)를 통해 제거될 수 있다.
맨드릴(740)은 코어 혹은 튜브(722)의 개구부 안으로 핀(728)을 삽입하여 조립된다. 칼라(collar)는 전술된 바와 같이 일체형 콘넥터를 형성하기 위해 튜브(722)의 단부에 배열된다. 헤드(724)는 핀(728) 위에 놓인다. 섬유는 나선형 요소 및 축방향 부재를 형성하기 위해 헤드(724)를 감싼다. 또한 섬유는 일체형 콘넥터를 만들기 위해 칼라를 감싼다. 맨드릴은 구조물을 남기고 제거된다.
추가적인 응용분야
도 80에 도시된 바와 같이 지지부재(750)는 미리 성형된 콘크리트 폼(concrete form)(754)을 고정시키기 위해 전술된 길다란 이소 트러스 구조물(752)을 이용한다. 지지부재(750)는 지면과 콘크리트 폼(754)을 연결시키기 위한 연결부재(754,756)를 수용하기 위해 양 단부에 단부 플레이트(120)를 갖는 이소 트러스 구조물(752)을 포함한다. 이소 트러스 구조물(752)의 강도는 예비 성형된 콘크리트 폼(754)을 고정시킬 만큼 강도가 높고, 가벼워서 지지부재(750)를 쉽게 취급할 수가 있다.
도 81에 농구 지지대(760)가 농구 스탠다드(762)를 지지하기 위한 것으로 도시되었다. 농구 지지대(760)는 전술된 이소 트러스 구조물(764)을 포함한다. 농구 지지대(760)는 코트에 대해서 농구 지지대(762)를 연장시키기 위한 수직영역(766)에 연결된 수평 이소 트러스 구조물(768) 및 수직 이소 트러스 구조물(766)을 포함한다.
도 82에 도시된 바와 같이 배낭(770)은 전술된 이소 트러스 구조물(774)을 이용한 프레임(772)을 갖는다. 프레임(772)은 한 쌍의 이격된 수직부재를 포함하고 수평부재를 서로 연결시키는 이소 트러스 구조물로 구성된 주변부를 포함한다. 이소 트러스 구조물(774)은 배낭(770)에 강도를 주고 가볍게 한다. 도 83에도 볼 수 있듯이 이소 트러스 구조물(790)이 보트(794) 위의 마스트나 다른 기기구조물(792) 혹은 다른 해양 구조물을 만들기 위해 사용된다.
도 84에 이소 트러스 구조물(802)을 이용하는 다리(800)가 도시되었다. 이소 트러스 구조물(802)은 아치형이며 여러 가지 다리 구성요소가 거기에 매달린다.
도 85,86에 오일 플랫폼(810)이 이것을 지지하는 지지컬럼(support column) 같은 이소 트러스 구조물(821)을 이용하는 것으로 도시되었다. 이러한 이소 트러스 구조물(812)은 선호적으로 부식을 막기 위해 복합재료로 만들어진다. 또한 이소 트러스 구조물(812)의 개방형 구조로 인해서 구조물 아래쪽에 끌어당기는 힘을 제공한다.
도 87에 잠수함(832)을 이용한 이소 트러스 구조물(830)이 도시되었다. 이소 트러스 구조물(830)은 잠수함(832)의 선체(834)를 지지하는 내부 구조물을 제공한다. 그러므로 선체(834)는 이소 트러스 구조물(830) 주변에 만들어지며, 이소 트러스 구조물(830)의 내부는 승무원과 내부벽 지지부를 위해 이용된다. 또한 이소 트러스 구조물의 나선형 요소 혹은 세그먼트 사이의 공동 혹은 개방형 구조는 파이프 등의 장치에 사용될 수 있다. 물론 이소 트러스 구조물은 차량 등 다른 구조물에 대해 사용될 수 있다.
도 88에 도시된 바와 같이 이소 트러스 구조물(840)은 대포나 미사일(842) 같이 항공분야에도 사용된다. 이소 트러스 구조물(840)은 다른 부품들을 담고 있는 내부 및 외판을 지지하는 외골격이나 외피를 제공한다. 그러므로 이소 트러스 구조물(840)은 항공분야에 사용될 만큼 강도가 있고 무게가 가볍다. 도 98a,b에 도시된 바와 같이 이소 트러스 구조물(842)은 항공기의 동체의 한 부분으로 포함된다. 승객 좌석은 구조물(842)의 중앙부 공간에 위치하고 전선, 유압 및 연료라인등은 구조물(842) 자체의 세그먼트 사이에 위치한다. 이러한 이소 트러스 구조물은 항공기의 다른 여러 요소들과 날개 구조물에 사용된다.
도 90에 도시된 바와 같이 구조물은 위성같은 구조물(844)에도 사용된다. 구조물은 제한된 화물적재 공간을 최적화하기 위해 넓히거나 접힐 수 있도록 되어 있다. 구조물은 부분적으로는 브레이드된 프리폼 같이 만들어져서 공간에 형성된다.
도 91에 도시된 바와 같이 이소 트러스 구조물(846)은 물탱크 타워에 사용된다.
이소 트러스 구조물은 빌딩 같은 건축물에도 사용될 수 있다. 도 92에 도시된 바와 같이 지붕시스템(900)은 전술된 것 같은 이소 트러스 구조물을 이용할 수 있다. 경사지거나 수평인 이소 트러스 구조물(902)은 지붕(904)을 지지하는 빔을 형성한다. 수직 이소 트러스 구조물(906)은 기울어진 지붕 이소 트러스 구조물(902)을 지지하기 위한 컬럼(column) 역할을 한다. 이소 트러스 구조물은 구조적으로 강도가 높고 가볍다.
이소 트러스 구조물은 보트가 배에도 사용될 수 있다. 도 93을 보면 카약(910)이 태핑(tapping)된 이소 트러스 구조물을 사용한다. 프레임(912)은 양 단부가 테이퍼진 이소 트러스 구조물로 만들어질 수 있다. 외판이나 쉘(914)은 프레임(912)에 대해 만들어질 수 있다. 이소 트러스의 베이의 한 부분(916)은 카약(910)에 접금되도록 제거될 수 있고, 사용자의 몸체가 프레임(912)을 통해 프레임의 공동 안으로 뻗을 수 있도록 한다. 이소 트러스는 카약에 강도를 더하면서 승객을 위한 내부공간을 제공한다.
도 94에 이소 트러스 구조물(918)과 함께 고체연려 로켓(917)이 도시되었다. 고체연료 로켓은 이소 트러스의 부재에 대해 놓여있을 수 있다. 이소 트러스는 로켓 연료처럼 연소되어서 로켓의 케이스가 추락하는 것을 막는다. 노즐(919)은 연료 및 이소 트러스 연소처럼 로켓(917)을 따라 이동하는 형태로 되어 있다.
도 95에 도시된 바와 같이 인공암초(920)가 여러개의 이소 트러스 구조물(922)을 이용하여 만들어질 수 있다 이소 트러스는 바다 아래로 가라앉을 만큼 무겁다 예를 들어 콘크리트 같은 무게(924)가 이소 트러스의 한 단부에 달린다. 나머지 단부는 바다의 바닥에서 위쪽으로 자유단부가 될 수 있다. 여러 가지 이소 트러스 구조물이 서로 부착된다. 이소 트러스 구조물은 이소 트러스가 성장되도록 환경 친화적인 에폭시로 만들어진다.
이소 트러그 구조물은 토크나 회전운동을 전달하도록 사용된다. 도 96에 도시된 바와 같이 구도샤프트(930)는 전술된 것과 비슷한 이소 트러스 구조물(932)로 만들어질 수 있다. 구동샤프트(930)의 한 단부는 엔진이나 트랜스미션(934)에 연결되며 나머지 단부는 트랜스퍼 케이스나 휠(936)에 연결된다. 이러한 형태는 자동차에 유용하게 사용될 수 있다. 물론 이러한 구동 샤프트는 다른데도 사용된다. 또한 이소 트러스는 오일, 물이나 탄광 드릴 같은데 사용된다. 하나의 단부가 드라이버에 연결되면 다른 단부는 드릴 비트나 커터에 연결된다.
도 97에 도시된 바와 같이 쇽업소버(940)는 축방향 부재가 없는 이소 트러스 구조물(942)을 이용한다. 그러므로 이소 트러스 구조물은 충격을 흡수하기 위해 축방향 혹은 종방향으로 구성된다. 또한 블래더(bladder)(944)가 이소 트러스에 설치된다.
도 98에 도시된 바와 같이 이소 트러스 구조물(950)은 조인트를 만들기 위해 유연성 있는 영역(954) 및 강성이 있는 영역(952)으로 구성된다. 강성이 있는 부분(952)은 강성이 필요하여 축방향 부재로 만들어지고, 유연성이 있는 부분은 연성이 필요하여 축방향 부재가 없이 만들어진다.
도 99에 도시된 바와 같이 탱크나 압력용시(960)는 연속적인 내부벽(964)이 만들어지는 이소 트러스 구조물(962)을 포함할 수 있다. 탱크 혹은 압력용기(960)는 액체가 가스 같은 유체를 포함한다.
도 100에 도시된 바와 같이 기어 시스템(970)은 서로 회전하고 맞물리는 이소 트러스 구조물로 만들어진 여러개의 기어(972)를 포함한다. 기어(972)의 외부 노드 혹은 이소 트러스 구조물은 서로 맞물린다.
도 101a,101b에 도시된 바와 같이 충격장벽(974,976)은 이소 트러스를 갖는다. 이소 트러스 구조물은 도 101a에 도시된 것처럼 축방향으로 충격기이 발생되거나 도 101b에 도시된 바와 같이 측면으로 충격이 발생될 수 있다. 도 102a,102b에 도시된 바와 같이 충격장벽은 이소 트러스 구조물 주변에 발포성이 있는 압축성재료를 포함한다. 한가지 관점에서 발포성 재료(980)는 외부 노드 및 내부 노드 사이에서 이소 트러스 구조물 전체 혹은 어느 정도의 부분을 둘러쌓는 쉘을 형성한다. 또 다른 관점에서 발포성 재료(982)는 이소 트러스 구조물의 내부에 있을 수 있다.
도 103a-c에 도시된 바와 같이 이소 트러스 구조물은 한 측면이 길다랗거나 한방향으로 길다란 횡단면을 갖는다. 이러한 형태는 한 방향으로 하중이 가해질 때 적합하다. 이러한 형태는 다른 방향에서 다른 구조적 특성을 가지므로 이소 트러스는 특정한 상황에서 적용되는 하중에 적합하게 구성된다.
도 103a-c에 도시된 형태는 전술된 이소 트러스와 비슷한 점이 많다. 나선형 요소의 몇몇 세그먼트들은 길다란 횡단면을 만들기 위해 좀더 길이가 길다. 또한 인접한 세그먼트 사이의 각도방향은 더 크다.
도 103에 8노드 이소 트러스 구조물(1000)이 도시되었다. 나선형 요소들은 긴 세그먼트(1002)과 짧은 세그먼트(1004)를 포함하여 사각형 횡단면을 만든다. 예를 들어 나선형 및 역 나선형 요소는 직사각형 횡단면을 만들 수 있다. 나머지 나선형 요소들은 인접한 세그먼트들 사이의 큰 각도(1006)를 갖으며 나머지 인접한 세그먼트에서 작은 각도(1008)를 포함해서 다이아몬드 형태를 만든다. 예를 들어 회전된 그리고 역방향의 회전된 나선형 요소는 다이아몬드 형태의 횡단면을 만든다.
도 103b에 10노드 이소 트러스 구조물(1010)이 더 많은 타원형태를 갖는 길다란 것으로 도시되었다. 나선형 요소는 (1) 길이가 다른 세그먼트를 갖으며 (2) 인접한 세그먼트 사아의 각도가 다르다. 예를 들어 나선형 및 역방향 나선형 요소는 제 1의 길다란 5각형(1012)을 형성하는 반면에, 회전된 그리고 역방향의 회전된 나선형 요소는 제 2의 길다른 5각형(1014)을 형성하며, 그와 함께 타원형을 만든다. 또한 나선형요소는 하나의 완전한 회전을 만드는 5개의 세그먼트를 갖는다.
도 103c에 다각형의 횡단면을 갖는 또 다른 이소 트러스 구조물(1020)이 도시되었다. 구조물(1020)은 사각형 횡단면과 길다란 다이아몬드 형태를 갖는다. 나선형 요소는 1회전당 네 개의 세그먼트를 갖지만 통상적이 구조에서는 매 두 개의 나선형 요소마다 세 개의 나선형 요소를 이용한다.
전술된 이소 트러스 구조물은 다르게도 사용될 수 있다. 예를 들어 이소 트러스 구조물은 보트의 마스트에 포함될 수 있다. 이소 트러스 구조물은 깃발 포스트에 사용될 수 있다. 이소 트러스 구조물은 울타리 포스트에도 사용될 수 있다.
또한 외피 등은 구조물에 때라 배열된다. 이러한 외피는 구조물을 강화시키고 미감을 일으킬 수 있다.
전술된 이소 트러스 구조물은 콘크리트를 강화시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어 콘크리트이 부어지거나 구조물에 대해서 형성되고 구조물의 내부를 채울 수 있다.
이소 트러스 구조물은 나선형 요소가 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 네 개의 직선형 세그먼트를 갖는 8노드 구조물에 대해서 설명되었다. 물론 5,6,7,9,12노드의 구조물에도 유용하다.
전술된 형태는 본 발명의 원리가 적용되는 것을 설명하기 위함이다. 본 발명의 범위 내에서 여러 가지 변형이 가능하며 청구항들은 이러한 변형에 대한 범위를 나타낸다. 그러므로 본 발명이 도면에 도시되고 본 발명의 선호되는 실시예에 대해서 설명되었는지 당해업자들은 본 발명의 범위 내에서 크기, 재료, 형태, 기능 및 작동 방법을 변형시킬 수 있다.

Claims (45)

  1. 구조적 부재는
    (a) 두 개이상의 이격된 나선형 부재, 즉 (1) 공통의 종축 (2) 축에 대한 공통의 각도방향 (3) 축에 대해서 완전한 회전을 이루는 나선형 구조에서 끝 부분끼리 견고하게 연결된 네 개이상의 길다란 직선형 세그먼트를 갖는 부재,
    (b) 두 개이상의 나선형 요소에 부착된 하나 이상의 역방향 나선형 요소, 즉 (1) 두 개이상의 나선형 요소를 갖는 공통의 종축, (2) 두 개의 나선형 요소에 대해서 대향된 각도방향, (3) 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 요소에서 끝과 끝 부분이 견고하게 연결된 네 개이상의 길다란 직선형 세그먼트를 갖는 요소; 및
    c) 나선형요소 및 역방향 나선형 요소가 연속적인 섬유 가닥을 갖고, 나선형 요소 및 역방향 나선형 요소는 나선형 요소 및 역방향 나선형 요소의 섬유를 중첩시켜 교차점에서 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 나선형 요소는 공동이 형성된 내부 공간을 이루는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  4. 제 1 항에 있어서, 나선형 요소들은 그 사이의 오프닝을 형성하는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  5. 제 1 항에 있어서, 나선형 요소들은 사각형 횡단면의 가상의 관상형 부재를 형성하는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  6. 제 1 항에 있어서,
    (a) 두 개이상의 나선형 요소 및 하나 이상의 역방향 나선형요소에 대해서 회전되고 부착된 두 개이상의 이격된 회전 나선형 요소, 즉 (1) 공통의 회전된 종축, (2) 회전된 종축에 대해서 공통의 각도방향, (3) 회전된 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 구조에서 끝과 끝 부분이 견고하게 연결된 네 개이상의 길다란 직선 세그먼트를 갖는 두 개이상의 이격된 회전된 나선형 요소,
    (b) 두 개이상의 나선형 요소 및 하나 이상의 역방향 나선형 요소에 대해서 회전되고 부착된 하나 이상의 회전된 역방향 나선형 요소, 즉 (1) 두 개의 회전된 나선형 요소에 대해서 공통의 회전된 종축, (2) 두 개의 회전된 나선형 요소에 대해서 대향된 각도방향, (3) 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 요소에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개의 길다란 직선형 세그먼트를 갖는 하나 이상의 회전된 역방향 나선형 요소로 구성되는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  7. 제 6 항에 있어서, 종축 및 회전된 종축은 동심이며 나선형 요소의 세그먼트는 8꼭지점 별모양의 횡단면을 갖는 가상의 관상형 부재를 형성하는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  8. 제 6 항에 있어서, 종축 및 회전된 종축은 동심이고 세그먼트들은 공통의 종축을 갖는 두 개의 사각형 횡단면으로 된 가상의 관상형 부재를 형성하지만 서로에 대해서는 하나의 사각형을 갖는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  9. 제 1 항에 있어서, 나선형 요소를 또 다른 물체가 부착시키기 위해 나선형 요소의 단부에 부착된 단부 플레이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  10. 제 9 항에 있어서, 나선형 요소들은 연속적인 섬유가닥들을 갖으며, 단부플레이트는 단부 플레이트 주변에 섬유 가닥들을 연속으로 감아서 부착되는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  11. 제 9 항에 있어서, 단부 플레이트는 주변부, 섬유가닥을 수용하기 위해 주변부에 만들어진 여러개의 홈, 또 다른 물체에 단부 플레이트를 부착하기 위한 여러개의 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  12. 제 1 항에 있어서, 나선형 부재 및 세그먼트들은 반복적인 삼각형 및 4면체를 형성하는데,
    나선형 요소들 및 세그먼트들에 다른 물체들을 부착하기 위해 나선형 요소들 및 세그먼트들에 부착된 콘넥터로 구성되는데, 상기 콘넥터는 길게 생겼으며 실제로 삼각형 횡단면을 갖고, 나선형 요소들 및 세그먼트로 형성되는 두 개이상의 삼각형을 통해 연장되는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  13. 제 1 항에 있어서, 축은 수직이며, 하측단부는 지지표면에 부착되고, 상측단부는 하측단부 위에 위치하며, 표지판, 수평 유틸리티 부재, 광원 중에서 상측 단부에 또 부착된 또 다른 물체를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  14. 구조적 부재는
    (a) 두 개이상의 이격된 나선형 요소들, 즉 (1) 공통 종축, (2) 축에 대한 공통의 각도방향, (3) 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개이상의 길다란 세그먼트를 갖는 두 개이상의 이격된 나선형 요소들
    (b) 두 개이상의 나선형 요소들에 부착된 하나 이상의 역방향 나선형 요소, 즉 (1) 두 개이상의 나선형 요소들을 갖는 공통의 종축, (2) 두 개의 나선형 요소에 대해서 대향된 각도방향, (3) 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개이상의 직선형 세그먼트를 갖는 두 개이상의 나선형 요소들에 부착된 하나 이상의 역방향 나선형 요소,
    (c) 두 개이상의 나선형 요소 및 하나 이상의 역방향 나선형 요소들에 대해서 회전되고 부착된 두 개이상의 이격된 회전된 나선형 요소들, 즉 (1) 공통의 회전된 종축, (2) 회전된 종축에 대해서 공통인 각도방향, (3) 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개이상의 직선형 세그먼트를 갖는 두 개이상의 이격된 회전된 나선형 요소들,
    (d) 두 개이상의 나선형 요소들 및 하나 이상의 역방향 나선형 요소들에 대해서 회전되고 부착된 하나 이상의 회전된 역방향 나선형 요소들, 즉 (1) 두 개이상의 회전된 나선형 요소들에 대해서 공통적인 회전된 종축, (2) 두개의 회전된 나선형 요소에 대해서 대향된 각도방향, (3) 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개이상의 직선형 세그먼트를 갖는 하나 이상의 회전된 역방향 나선형 요소들로 구성되는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  15. 제 14 항에 있어서, 중축 및 회전된 종축은 동심이며, 나선형 요소들의 세그 먼트들은 8개의 꼭지점으로 된 별모양 횡단면의 가상의 관상형 부재를 형성하는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  16. 제 14 항에 있어서, 종축 및 회전된 종축은 동심이고 세그먼트들은 공통의 종축을 갖는 두 개의 사각형 횡단면으로 된 가상의 관상형 부재를 형성하지만 서로에 대해서는 하나의 사각형을 갖는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  17. 구조적 부재는
    (a) 두 개이상의 이격된 나선형 요소들, 즉 (1) 공통 종축, (2) 축에 대한 공통의 각도방향, (3) 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 세 개이상의 길다란 세그먼트를 갖는 두 개이상의 이격된 나선형 요소들
    (b) 두 개이상의 나선형 요소들에 부착된 하나 이상의 역방향 나선형 요소, 즉 (1) 두 개이상의 나선형 요소들을 갖는 공통의 종축, (2) 두 개의 나선형 요소에 대해서 대향된 각도방향, (3) 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 세 개이상의 직선형 세그먼트를 갖는 두 개이상의 나선형 요소들에 부착된 하나 이상의 역방향 나선형 요소,
    (c) 60도 이상의 된 두 개이상의 나선형 요소에 대한 각도를 형성하는 하나 이상의 역방향 나선형 부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  18. 제 17 항에 있어서, 하나 이상의 역방향 나선형요소는 75도 이상의 두개의 나선형 요소에 대한 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  19. 제 17 항에 있어서, 각각의 나선형 요소는 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개이상의 직선형 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  20. 구조적 부재는
    (a) 두 개이상의 이격된 나선형 요소들, 즉 (1) 공통 종축, (2) 축에 대한 공통의 각도방향, (3) 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 세 개이상의 길다란 세그먼트를 갖는 두 개이상의 이격된 나선형 요소들
    (b) 두 개이상의 나선형 요소들에 부착된 하나 이상의 역방향 나선형 요소, 즉 (1) 두 개이상의 나선형 요소들을 갖는 공통의 종축, (2) 두 개의 나선형 요소에 대해서 대향된 각도방향, (3) 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 세 개이상의 직선형 세그먼트를 갖는 두 개이상의 나선형 요소들에 부착된 하나 이상의 역방향 나선형 요소,
    (c) 측면으로 유연하며 (1) 축이 직선형인 제 1의 직선 위치, (2) 축이 아치형인 제 2 아치형 위치 사이에서 구부러질 수 있는 나선형 부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  21. 제 20 항에 있어서, 나선형 부재는 제 2 아치형 위치에서 에너지를 저장하는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  22. 제 20 항에 있어서, 나선형 부재는 강성을 가지며(rigid), 종축에 대해서 회동 가능한 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  23. 구조적 부재는
    (a) 두 개이상의 이격된 나선형 요소들, 즉 (1) 공통 아치형 축, (2) 축에 대한 공통의 각도방향, (3) 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 세 개이상의 길다란 세그먼트를 갖는 두 개이상의 이격된 나선형 요소들
    (b) 두 개이상의 나선형 요소들에 부착된 하나 이상의 역방향 나선형 요소, 즉 (1) 두 개이상의 나선형 요소들을 갖는 공통의 아치형 축, (2) 두 개의 나선형 요소에 대해서 대향된 각도방향, (3) 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 세 개이상의 직선형 세그먼트를 갖는 두 개이상의 나선형 요소들에 부착된 하나 이상의 역방향 나선형 요소로 구성되는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 아치형 축은 원형인 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  25. 제 23 항에 있어서, 각각의 나선형 요소들은 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개이상의 길다란 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  26. 제 23 항에 있어서, 상기 아치형 축은 제 1 곡선부와 다른 제 2 곡선부를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  27. 테이퍼진 구조적 부재는
    (a) 두 개이상의 이격된 나선형 요소들, 즉 (1) 공통 종축, (2) 축에 대한 공통의 각도방향, (3) 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 세 개이상의 길다란 세그먼트를 갖는 두 개이상의 이격된 나선형 요소들
    (b) 두 개이상의 나선형 요소들에 부착된 하나 이상의 역방향 나선형 요소, 즉 (1) 두 개이상의 나선형 요소들을 갖는 공통의 종축, (2) 두 개의 나선형 요소에 대해서 대향된 각도방향, (3) 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 세 개이상의 직선형 세그먼트를 갖는 두 개이상의 나선형 요소들에 부착된 하나 이상의 역방향 나선형 요소,
    (c) 구조적 부재들이 테이퍼지도록 축방향 길이를 따라 줄어드는 나선형 요소의 세그먼트 및
    d) 나선형요소 및 역방향 나선형 요소가 연속적인 섬유 가닥을 갖고, 나선형 요소 및 역방향 나선형 요소는 나선형 요소 및 역방향 나선형 요소의 섬유를 중첩시켜 교차점에서 서로 부착되는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  28. 제 27 항에 있어서, 각각의 나선형 요소들은 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개이상의 길다란 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  29. 프리폼 부재는
    (a) 나선형 형태에서 끝과 끝이 연결된 세 개이상의 세그먼트를 갖는 두 개이상의 이격된 나선형요소,
    (b) 나선형 요소에 끝과 끝이 연결된 세 개이상의 세그먼트를 갖고 두 개이상의 나선형 요소에 부착된 하나 이상의 역방향 나선형 요소,
    (c) 레진 매트릭스가 함유될 때까지 유연성이 있으며 섬유를 포함하는 나선형 요소로 구성되는 것을 특징으로 하는 프리폼 부재.
  30. 제 29 항에 있어서, 나선형 요소는 함께 묶인 여러개의 섬유 가닥을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리폼 부재.
  31. 자전거 프레임에 있어서,
    (a) 핸들바 및 전방 포크에 부착되는 형태인 핸들바 연결부,
    (b) 시트에 부착되도록 되어 있는 시트 연결부,
    (c) 페달 조립체에 부착되도록 되어 있는 페달 연결부,
    (d) 뒷바퀴에 부착되도록 되어 있는 뒷바퀴 연결부,
    (e) 하나 이상의 핸들바, 시트, 페달 및 뒷바퀴 사이에 연장된 여러개의 부재,
    (f) 하나 이상의 부재, 즉 i) 공통 종축, ii) 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개이상의 직선형 세그먼트를 갖는 (1) 두 개이상의 이격된 나선형 요소 및 i) 두 개이상의 나선형 요소를 갖는 공통적인 종축, ii) 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개이상의 직선형 세그먼트를 갖는 (2) 하나 이상의 역방향 나선형 요소를 포함하는 하나 이상의 부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 자전거 프레임.
  32. 제 31 항에 있어서, 각각의 나선형 요소들은 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개이상의 길다란 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 프레임.
  33. 구조적 부재를 형성하기 위한 방법에 있어서,
    (a) 맨드릴을 제공하고,
    (b) 두 개이상의 나선형 요소를 만들기 위해 맨드릴을 섬유로 감싸고, 각각의 요소는 네 개이상의 길다란 직선형 세그먼트를 갖으며, 두 개이상의 나선형 요소는 공통의 종축, 공통의 각도방향, 하나의 완전한 회전을 이루며,
    (c) 두 개이상의 나선형 요소를 갖는 공통의 종축을 갖으며, 반대방향으로는 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 네 개이상의 길다란 직선형 세그먼트로된 하나 이상의 역방한 나선형요소를 만들기 위해 맨드릴 주변에 섬유를 감싸고,
    (d) 섬유가 매트릭스를 추가시키며,
    (e) 매트릭스를 경화시키는 단계로 구성되는 거을 특징으로 하는 방법.
  34. 제 33 항에 있어서, 맨드릴을 제공하는 단계는
    코어에 대해서 종방향 및 방사형으로 배열된 여러개의 헤드를 갖고 길다란 코너를 갖는 맨드릴을 제공하는 단계로 구성되며, 각각의 헤드는 두 개이상의 대향된 나선형 요소를 위해 섬유를 고정시키도록 구성되며, 각각의 나선형요소를 위해 두 개의 경사진 홈과 네 개의 경사진 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제 33 항에 있어서, 종축과 평행한 하나 이상의 종방향 요소를 만들기 위해 맨드릴의 길이를 따라 섬유를 감는 단계로 구성되는데 있어서,
    맨드릴을 제공하기 위한 단계는 또한
    코어에 대해서 종방향 및 방사형으로 배열된 여러개의 헤드 및 길다란 코어를 갖는 맨드릴을 제공하는 단계로 구성되며, 각각의 헤드는 하나 이상의 종방향 요소 및 두 개이상의 대향된 나선형 요소를 위해 섬유를 고정시키도록 되어 있으며, 종방향 요소를 위한 두 개의 홈과 각각의 나선형 요소를 위한 두 개의 경사진 홈을 포함하고, 6개이상의 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제 33 항에 있어서, 맨드릴을 제공하는 단계는 용해성 맨드릴을 제공하는 것을 포함하는데, 상기 용해성 맨드릴은
    (a) 여러개의 구멍을 갖는 길다란 공동의 튜브,
    (b) 튜브 내에 제거 가능하게 배열된 길다란 코어,
    (c) 여러개의 구멍을 갖고 코너 및 튜브 사이에 제거 가능하게 배열된 여러개의 삽입부,
    (d) 튜브 및 삽입부의 구멍에 제거 가능하게 배열된 여러개의 핀,
    (e) 핀 위에 있는 여러개의 헤드를 갖는데,
    상기 단계는 또한
    (a) 경화된 후에 튜브로부터 코어를 제거하며,
    (b) 코어로부터 삽입부를 제거하고,
    (c) 핀을 구멍을 통해 튜브 안에 넣고,
    (d) 튜브를 제거하며,
    (e) 헤드를 제거하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 전신주는
    i) 종축에 대해서 공통적인 각도방향, ii) 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개이상의 직선형 세그먼트를 갖는 (1) 두 개이상의 이격된 나선형 요소 및 i) 두 개의 나선형 요소에 대해서 대향된 각도방향, ii) 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개이상의 직선형 세그먼트를 갖는 (2) 하나 이상의 역방향 나선형 요소로 구성되고, (a) 상측 및 하측 단부 그리고 종축을 갖는 길다란 수직으로 된 부재,
    (b) 길다란 부재의 하측단부를 지지표면에 부착하도록 되어 있으며 길다란 부재의 하측 단부에 부착된 단부 플레이트,
    (c) 유틸리티 라인을 고정시키도록 되어 있고 수평으로 연장되며 상측단부 근처의 길다란 부재에 부착된 암으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전신주.
  38. 제 37 항에 있어서, 길다란 부재는
    1) 공통의 회전된 종축, 2) 회전된 종축에 대한 공통의 각도방향, 3) 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개이상의 직선형 세그먼트를 갖는 (a) 하나 이상의 역방향 나선형 요소 및 두 개이상의 나선형요소에 대해서 회전되고 부착된 두 개이상의 이격된 회전된 요소,
    1) 두 개이상의 회전된 나선형 요소들을 갖는 공통의 회전된 종축, 2) 두 개의 회전된 나선형 요소들에 대해서 대향된 각도방향, 3) 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개이상의 직선형 세그먼트를 갖으며 (b) 하나 이상의 역방향 나선형요소 및 두 개이상의 나선형 요소에 대해서 회전되고 부착된 하나 이상의 회전된 역방향 나선형 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 전신주.
  39. 제 37 항에 있어서, 각각의 나선형 요소 세그먼트들은 구조적 부재가 테이퍼 지도록 축을 따라 길이 방향으로 줄어드는 것을 특징으로 하는 전신주.
  40. 표지판 기둥은
    전신주는
    i) 종축에 대해서 공통적인 각도방향, ii) 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개이상의 직선형 세그먼트를 갖는 (1) 두 개이상의 이격된 나선형 요소 및 i) 두 개의 나선형 요소에 대해서 대향된 각도방향, ii) 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개이상의 직선형 세그먼트를 갖는 (2) 하나 이상의 역방향 나선형 요소로 구성되고, (a) 상측 및 하측 단부 그리고 종축을 갖는 길다란 수직으로 된 부재,
    (b) 길다란 부재의 하측단부를 지지표면에 부착하도록 되어 있으며 길다란 부재의 하측 단부에 부착된 단부 플레이트,
    (c) 표식을 갖고 길다란 부재에 연결된 표지판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 표지판 기둥.
  41. 제 40 항에 있어서, 길다란 부재는
    1) 공통의 회전된 종축, 2) 회전된 종축에 대한 공통의 각도방향, 3) 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개이상의 직선형 세그먼트를 갖는 (a) 하나 이상의 역방향 나선형 요소 및 두 개이상의 나선형요소에 대해서 회전되고 부착된 두 개이상의 이격된 회전된 요소,
    1) 두 개이상의 회전된 나선형 요소들을 갖는 공통의 회전된 종축, 2) 두 개의 회전된 나선형 요소들에 대해서 대향된 각도방향, 3) 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개이상의 직선형 세그먼트를 갖으며 (b) 하나 이상의 역방향 나선형요소 및 두 개이상의 나선형 요소에 대해서 회전되고 부착된 하나 이상의 회전된 역방향 나선형 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 표지판 기둥.
  42. 제 40 항에 있어서,
    i) 공통적인 아치형 축, ii) 축에 대한 공통적인 각도방향, iii) 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고히 연결된 세 개이상의 길다란 직선형 세그먼트를 갖는 1) 두 개이상의 이격된 나선형 부재를 및
    i) 두 개이상의 나선형 요소를 갖는 공통 아치형 축, ii) 두 개의 나선형 요소에 대해서 대향된 각도방향, iii) 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고히 연결된 세 개이상의 길다란 직선형 세그먼트를 갖는 2) 두 개이상의 나선형 요소들에 부착된 하나 이상의 역방향 나선형 요소를 포함하는
    (a) 길다란 부재의 상측 단부에 부착된 제 1 단부를 갖는 아치형 부재,
    (b) 아치형 부재에 연결된 표지판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 표지판 기둥.
  43. 구조적 부재는
    (a) 두 개이상의 이격된 나선형 요소들, 즉 (1) 공통 종축, (2) 축에 대한 공통의 각도방향, (3) 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개의 길다란 세그먼트를 갖는 두 개이상의 이격된 나선형 요소들,
    (b) 두 개이상의 나선형 요소들에 부착된 하나 이상의 역방향 나선형 요소, 즉 (1) 두 개이상의 나선형 요소들을 갖는 공통의 종축, (2) 두 개의 나선형 요소에 대해서 대향된 각도방향, (3) 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개의 직선형 세그먼트를 갖는 두 개이상의 나선형 요소들에 부착된 하나 이상의 역방향 나선형 요소, 및
    (c) 나선형요소 및 역방향 나선형 요소가 연속적인 섬유 가닥을 갖고, 나선형 요소 및 역방향 나선형 요소는 나선형 요소 및 역방향 나선형 요소의 섬유를 중첩시켜 교차점에서 서로 부착되는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  44. 제 43 항에 있어서 구조적 부재는
    (a) 두 개이상의 나선형 요소 및 하나 이상의 역방향 나선형 요소들에 대해서 회전되고 부착된 두 개이상의 이격된 회전된 나선형 요소들, 즉 (1) 공통의 회전된 종축, (2) 회전된 종축에 대해서 공통인 각도방향, (3) 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개의 직선형 세그먼트를 갖는 두 개이상의 이격된 회전된 나선형 요소들,
    (b) 두 개이상의 나선형 요소들 및 하나 이상의 역방향 나선형 요소들에 대해서 회전되고 부착된 하나 이상의 회전된 역방향 나선형 요소들, 즉 (1) 두 개이상의 회전된 나선형 요소들에 대해서 공통적인 회전된 종축, (2) 두개의 회전된 나선형 요소에 대해서 대향된 각도방향, (3) 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 네 개의 직선형 세그먼트를 갖는 하나 이상의 회전된 역방향 나선형 요소들로 구성되는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
  45. 제 43 항에 있어서 구조적 부재는
    (a) 두 개이상의 나선형 요소 및 하나 이상의 역방향 나선형 요소들에 대해서 회전되고 부착된 두 개이상의 이격된 회전된 나선형 요소들, 즉 (1) 공통의 회전된 종축, (2) 회전된 종축에 대해서 공통인 각도방향, (3) 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 다섯 개의 직선형 세그먼트를 갖는 두 개이상의 이격된 회전된 나선형 요소들,
    (b) 두 개이상의 나선형 요소들 및 하나 이상의 역방향 나선형 요소들에 대해서 회전되고 부착된 하나 이상의 회전된 역방향 나선형 요소들, 즉 (1) 두 개이상의 회전된 나선형 요소들에 대해서 공통적인 회전된 종축, (2) 두개의 회전된 나선형 요소에 대해서 대향된 각도방향, (3) 축에 대해서 하나의 완전한 회전을 이루는 나선형 형태에서 끝과 끝이 견고하게 연결된 다섯 개의 직선형 세그먼트를 갖는 하나 이상의 회전된 역방향 나선형 요소
    (c) 나선형요소 및 역방향 나선형 요소가 연속적인 섬유 가닥을 갖고, 나선형 요소 및 역방향 나선형 요소는 나선형 요소 및 역방향 나선형 요소의 섬유를 중첩시켜 교차점에서 서로 부착되는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 구조적 부재.
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