專利名稱：扭轉/環形元件的結構系統及與此有關的構造方法
技術領域：
本專利分類系統不包括結構系統的分類，如本發明的最佳說明，卻論述結構的具體類型，諸如“靜態結構”(美國52類)“橋梁”(美國，14類)“鐵道車輛”(美國，類/子類105/396+)“船舶”(美國，為子類，144/65+)，“航空”(美國，類/子類，244/117+)，“地面車輛車身和頂部”(美國，296類)等。未發現扭轉裝置的結構分類，分類限于彈簧(美國267類)等。同時，本發明具有通常認為由美國152/1-13類/子類，彈簧輪，彈性輪胎及輪，和美國152/516-520類/子類，“漏氣”裝置覆蓋的元件。
背景技術：
自從預應力混凝土和鋼筋混凝土，結構鋼及使用鋼索為受拉構件出現以來，在基本靜態結構的構造系統中未取得顯著進展。在工程學和建筑學方面取得了一些新進展，諸如各種類型的折疊結構，管，球和其它空間桁架，及在車輛結構領域，諸如成型薄板的硬化。然而，在壓縮、拉伸和彎曲方式中，這些進展沒有一種能擺脫傳統的結構元件的使用。雖然在車輛結構領域，諸如成型薄板的硬化中有些新發展，以剛性筋，縱梁、桁架的設計中基本方法沒有顯著的變化。本發明，在結構系統中對重量、強度、撓性和數量，在靜態和可移動性方面均有顯著進展。
除了通常的結構工程技術領域外，看來本發明不依賴于任何現有技術，其中不存在任何對扭轉元件或環形元件結構組合的任何直接論述。
在某些對包括使用環形或圓形元件的圓頂或球形結構宣稱擁有發明的某種專利中可以找到包含外形或形式的某些表面的圖形的相似性。其中一種是在美國專利4,128,104號中公開的環形構造，它是“由以特定方式彼此相交的環形構件組成的一種結構框架”。該公開中并未具體說明環形構件的扭轉負載的任何應用，并要求環形構件連接(“相交”)。另一種是美國專利3,959,937號的單元圓頂結構，它包括由相同尺寸的“環形”元件以特定方式連接形式一種圓頂。該公開包括“圓頂或其它球形框架的建筑結構的改進”，并未講授一種萬能的結構系統，由于可見的難以預料的強度，講授了對使用“簡單環形或其它簡單形式的薄環”，限于使用“基本上尺寸相同的元件”，且并未詳細說明材料或負載扭轉強度的任何應用。
發明的公開本發明是一種結構系統，即在一種實施例中，利用成“環形”的元件，“環形元件”相連形成結構；在另一種實施例中，利用以扭轉作為主要承載方式的元件，“扭轉元件”彼此相連形成構造；而在一種優選實施例中，利用“環形扭轉元件”，是成“環形”的，通過扭轉起作用作為主要承載方式結構元件，連接形成結構。
如在本公開和附屬的權利要求中使用的術語“扭轉元件”指的是通過扭轉起作用作為主要的承載方式的一種結構元件。
如在本公開和附屬的權利要求中使用的術語“環形”指的是“圓環”或和“圓環”相關，術語“圓環”并未企圖將本發明限制在輪環形狀的元件，它在數學上定義為一種表面，而且是被束縛的旋轉固體，是由旋轉限定輪環的管的截面圍繞圓截面平面中，一種軸的圓獲得的。如在本說明和附屬的權利要求中使用的術語“圓環”指的是具有輪環的一般特性的任何形式，即管、柱體，或自身封閉的棱鏡，不考慮其任何規則性，和進而指的是任何管形，圓柱形或自身封閉成輪環通用構型的棱柱形，于是完成了形成“環形“的”管“的機械回路，而不考慮其截面的形狀，它可在一種已知的”環形“中均勻地變化。環形可由直或彎曲圓柱或棱柱的截面的連接形成，或由直或彎曲截面的任何組合或順序的連接形成，并可能是閉合管形成的任何形狀；橢圓的，圓的，多角形的，不論是否規則，不規則，對稱，部分對稱甚至是不對稱的，不論是部分或全部地向外凸出或凹陷。另外，用在本說明書或附屬權利要求中術語“環形”用于并包括(a)環形的連續表面，有限厚度的管壁，其外部被環形表面束縛，以及由環狀表面束縛的固體；(b)元件的任何框架如被覆蓋將具有環的形狀；(c)位于環形表面軌跡中元件的任何框架；(d)纖維，導線，線，電纜，或空心管的束或線圈、束縛，繞，編織，扭轉，膠合、焊接或以其它方法，以這種方式結合在一起，形成復數或單獨環形。環形構件的主要特性是，由壓縮，拉伸或其它的加載起作用的其管的內周邊不具有非環形的傳統交叉支撐，直徑或弦線。然而，環形元件可通過其它環形元件在其管的內周邊加固，如圖78至81所示，它可能是環形，傳統的或其它的。
如在本公開和附屬權利要求中使用的術語“扭轉/環形元件”指的是一種構件，可以或者是扭轉元件，環形元件或扭轉環形元件，術語“扭轉/環形元件”于是包括所有三種替換物。另外，當指的是任何上述替換意義之一時，該替換物由其恰當說明具體地表示扭轉元件，環形元件或扭轉環形元件。可是，論及一種扭轉元件時，將用來指定可以是環形或非環形的扭轉元件，論及一種環形元件時，將用來指定可以是扭轉或非扭轉的環形元件。
本結構系統包括連在一起的多種扭轉/環形元件，因而在彼此連接關系中扭轉/環形元件基本上不存在不需要的運動。兩種或更多種扭轉/環形元件可以以相同連接方式連接。扭轉/環形元件的連接是負載在扭轉/環形元件中傳輸或彼此之間分配的手段。
如在本公開和附屬權利要求中使用的術語“連接”指的是，除了其普通的含義外，是和扭轉/環形元件的一種連接，而且如在本公開中使用的術語“連接”包括，除了其普通含義以外，引起兩種或更多構件連接的元件和過程的任意組合，并進而包括由這種部件實際上據的空間，由這種過程產生的物體，以及用這種部件或物體的接觸連接的構件的部件；但術語“連接的”和“連接”均不包括作為連接環形元件的手段的構件的連接(相交)。
雖然連接的扭轉元件的構造系統，可在不利用環形元件的構造中應用，而且連接的環形元件的結構系統可在不利用扭轉元件的構造中應用，但是優選實施例和最佳方式是和另外的，連接的，環形扭轉元件的結構系統組合在一起。因此，雖然扭轉元件的結構系統和環形元件的結構系統是可各自分別操作的(不用和另一種組合)，但是通過具有扭轉負載環形的互補特性，它們在環形扭轉元件的結構系統的發明基本原理中是被結合在一起的。
本發明包括以各種方式中用結構系統的構造方法，以及在復制過程中環形扭轉元件構造的方法，以及可能用在該系統中的某種先進結構的構造。
扭轉/環形元件更有效地使用材料的強度，并有能力通過它們為其元件的結構系統的連接重新分配分給它們的負載。結構系統在構造中連接的扭轉/環形元件中有效地分配大部分壓縮，拉伸，彎曲和扭轉負載。于是，該構造和傳統構造的區別在于，后者利用的元件只在壓縮，拉伸或彎曲中起作用，如梁，支柱，工字鋼，甲板，桁架等。然而，當只用于壓縮，拉伸，或彎曲的元件用本發明構成時，可獲得相同的負載分配的結構利益。
本發明的優選實施例采用使用環形的扭轉元件構造的環形元件。扭轉元件使用材料的扭轉強度，并有能力通過以它們為部件的構造系統的連接承受分配給它們的扭轉負載，利用環形扭轉元件的優選實施例轉換用此系統構造的多數壓縮，拉伸和彎曲負載到包含扭轉元件構造的扭轉負載上。環形扭轉元件的使用也對自撐式的環形的構造作貢獻。
本發明考慮到扭轉/環形元件可由另一種扭轉/環形元件構成，因而這樣構成的，已知扭轉/環形元件通過其組成的子結構承受結構負載的承載而起作用。這種結構可以是構件，扭轉/環形的傳統的或別樣的，它們是尺寸類似于已知的環形元件的構件組合的部件，或尺寸顯著小于已知扭轉/環形元件的構件并且基本上作為已知扭轉/環形元件承受能力的基礎。在后一種情況下，已知扭轉/環形元件的結構可以是扭轉/環形元件的小的子結構的復制品，它又依次可成為扭轉/環形元件的更小的子結構的復制品。這種結構復制過程可以繼續到微觀，甚至分子的微小水平。
本系統還包括使用在構造中可用于和其它扭轉/環形元件的組合中使用的扭轉/環形元件的傳統元件的構造。另外，本發明的特性之一是，傳統元件如用扭轉/環形元件構造的梁，工字鋼，甲板，桁架等可用拱形曲面和預應力加工。雖然這種構造和傳統的桁架具有相似性，但是扭轉元件的結構完整性和扭轉元件的強度最終取決于可承受扭轉負載的扭轉/環形元件，而且基本上不是(在原始支承的意義上)或必需依賴于像在壓縮，拉伸或彎曲中的線性弦線和支柱承載的元件。
扭轉/環形元件實際上可由任何適于結構可承載的和對于環境可應用的結構的材料制成。
結構系統的基本原理是本發明，即扭轉元件承受放在以它們為部件的結構上的負載的扭轉負載最大部分，除了存在于扭轉元件連接中的局部力以外，這種負載均均分布在其結構是最終地和基本地構造的連接的扭轉元件上。
本發明考慮到連接的扭轉/環形元件構成的結構可以和傳統構件一起結合在另外的結構中，以便用這種扭轉/環形結構承受壓縮，拉伸和彎曲負載。
扭轉元件可以實際上具有允許它們連接的任何形狀，并從而由扭轉負載起作用。然而，本發明的優選實施例采用環形的扭轉元件。這種環形扭轉元件可用來產生各種新的結構形式，用于靜態和可移動結構。環形便于構筑的環形扭轉元件的復制，以產生越來越大的環形扭轉元件，可適用于最終的結構應用的尺寸。
通過用納米結構級或更大的扭轉/環形元件發動復制過程可產生各種結構，這種結構本身可被認為是在傳統結構中采用的材料，如用于橋面，板，表皮和任意曲率的壓片。
對靜態和可移動結構，扭轉/環形元件均可用來生成新的結構形式。環形便于環形元件的復制，產生越來越大的環形元件，可適于結構應用的尺寸。用納米結構數量級或更大的環形元件發動復制過程可產生各種結構，這種結構本身可被認為是在傳統結構中采用的材料，如用于橋面，板，表皮和任意曲率的壓片。
使用本發明結構框架的建筑物只要求連接扭轉/環形元件，并可使用預先定位，甚至結合在在扭轉/環形元件的設計中的連接器。
扭轉/環形元件可用任何手段連接，但不允許連接中產生不需要的運動。這種手段可以是任何形式的結合，如焊接，膠合，熔接，或使用緊固件，如銷釘，螺釘，或夾具。可是，優選的連接手段是使用“聯結器”。術語“聯結器”在本公開中用來表示連接兩種或更多扭轉元件，將它們彼此保持在所需的相對位置的裝置，因此，當扭轉/環形元件達到所需位置時，扭轉/環形元件不能在聯結器內彼此做不需要的相對運動。該聯結器本身可由扭轉/環形元件構成，或為固體或具有某些其它結構。術語“聯結器”還包括連接扭轉/環形元件與傳統構件，將扭轉/環形元件和傳統構件均保持在所需位置的裝置，因而構件不能在聯結器內彼此做不需要的相對運動。雖然聯結器的功能是保持扭轉/環形元件彼此之間的位置相關，但在與元件的結構負載有關的連接外面扭轉/環形元件可以運動，包括元件彼此通過繞在聯結器內夾具限定的軸的轉動，及元件通過聯結器夾具的滑動，這種運動是預期的，并適于在已知的扭轉/環形結構的元件中分配壓力。
聯結器保持構件在適當位置的功能可以和以前的位置調整及這種調整的驅動接合。在這方面由聯結器連接的扭轉/環形元件的彼此間的相對位置可以改變或調整，然后保持在所需的位置。因此，該聯結器必須設計成有能力用于甚至完成這種調整，而且還可設計由某種動力驅動這種調整。這種驅動可執行負載在受影響的構件中的動態分布，或執行動態的形狀變換，或二者都做。通過制成一種或更多可用驅動或不用驅動可調節的結構的連接可達到這一點。另外，這種可調節聯結器連接的動力驅動可用計算機控制，以便精確地決定所需的形狀變化和結構效應。因此，這種聯結器的功能是使用或不使用這種控制的驅動，調整耦合的連接，因而一種扭轉/環形元件可與同它連接的有關的其它構件的連接中運動，然后由這種運動產生的在該位置中的連接牢固地保持，以致該扭轉/環形元件在連接中相對于連接中任何其它構件沒有顯著的運動，除非再一次由聯結器有目的地移動。
要說明該系統的細節，其元件的功能，和用該系統構造那些結構的方法，可參考附圖。
圖1至4表示一種實施例，顯示該結構系統的扭轉情況的基本原理。在圖1至4中，兩種扭轉元件3，4連接用兩種聯結器1，6連接形成扭轉結構組件。扭轉元件3和4表示為帶圓截面的開口的矩形以說明原理，但任何截面形狀和任何元件形狀可用于具有兼容開口的聯結器。表示的聯結器1，6具有圓柱形開口，聯結形器6具有軸承7，便于在聯結器內，扭轉元件的自由轉動，而聯結器1具有花鍵的夾具2以接合扭轉元件3，4的花鍵端5。由對應的花鍵夾具2接合的花鍵端5的用途在于相對于聯結器1牢固地保持扭轉元件，以便防止聯結器中的扭轉元件的運動。帶軸承的聯結器6的用途是在力的作用下約束扭轉元件3和4的臂成一直線。于是，當扭轉元件3受力時，該力企圖使扭轉元件3的臂相對于在其接合聯結器1中繞其軸轉動，該力將產生在臂上的扭轉負載，而在臂上聯結器1的位置是固定的。在聯結器1的位置是不固定的地方，這種改變扭轉元件3取向的企圖也會產生帶有扭轉元件3的聯結器1相對于其它扭轉元件4的扭轉臂的轉動，元件4也接合在聯結器1中。這種企圖旋轉聯結器1，已接合到扭轉元件4的花鍵5的花鍵夾具2，將在其它扭轉元件4的臂上產生扭轉負載，在那里扭轉元件4的位置是固定的。于是，由接合的聯結器1連接到另一元件4的扭轉元件3的位置的變化將產生在一種從扭轉元件3上的到另一元件4扭轉負載傳輸。聯結器6的作用是幫助保持扭轉元件3和4臂的準直。
說明原理的另一種實施例示于圖5至8中。在這種變化中，扭轉元件的取向是相反的，但轉矩負載的傳輸是用聯結器21，26完成的，通過加入中間的扭轉元件28，在本發明中是圓柱形棒，聯結器21，26和圖1至4中那些相似。花鍵25的用途又是接合聯結器21的花鍵夾具22，于是固定它們和扭轉元件23，24一樣的旋轉，而且帶軸承27的聯結器26，其用途在于約束扭轉元件23，24的臂的運動和中間扭轉元件28旋轉使彼此成一直線。在這種變化中，中間扭轉元件28以相反的轉矩通過和其相對的端點上連接的聯結器21起作用，而此連接器可以傳輸扭轉元件23和24上負載。對中間扭轉元件28傳輸負載方式同在圖1至4中表示，和在組件的扭轉元件3和4之間傳輸負載的方式相同。因此，由一種扭轉元件23傳輸到中間扭轉元件28的負載和從另一種扭轉元件24傳輸的扭轉負載相反。這樣，中間元件28通過結構組件提供承受扭轉負載的附加能力。
雖然在扭轉元件23和24之間通過單一的中間扭轉元件28的連接裝置示于圖5至8中，但是如圖5至8所示的扭轉元件23和24之間的連接可用多于一種中間扭轉元件和聯結器的適當組合和布局完成。
在兩種上述變化中，扭轉負載通過它們彼此的作用相等地分布在連接的扭轉元件上，如牛頓第三定律所通曉的，它可以部分地陳述為“對每一種作用總存在相等的反作用。”圖1至4和圖5至8所示的花鍵夾具聯結器和對應的扭轉元件的花鍵末端不是企圖在扭轉元件和聯結器之間達到固定連接的唯一裝置。確實，用于固定聯結器至扭轉元件的所有手段如焊接，膠合，熔合、銷接，螺旋接合，夾住，和聯結器同任何非圓截面扭轉元件的配套都被認為是適當的，以便用于聯結器連接扭轉元件傳輸扭轉負載。
圖1至4和5至8中所示的組件本身可以相似地被連接成線性陣列，而且所示的不同類型的組件可連接形成具有任何形狀的陣列，并可為封閉的，圓的或不對稱和不規則的。
連接的扭轉組件的閉合陣列沒有傳輸負載的終端，線性陣列也是這樣。于是，在閉合陣列中放在扭轉元件上的任何扭轉負載將傳輸到并分配在陣列中所有的扭轉元件上。
如前面指出的，扭轉元件可以實際上采用任意形狀，只要它們可以按圖1至4和5至8所示的相似的方式連接，于是，就提供了扭轉負載的承受和傳輸。另一種扭轉元件形狀的實例示于圖9和10中，連接成的各種方式示于圖5至8中。
扭轉元件可以有角地連接產生有角的扭轉組件和結構，并形成其線性陣列，如圖13中的實例所示。扭轉負載傳輸的相同特征存在于這類構型中，如所表示的結構和較早討論的那樣。如圖11和12的實例中所示，對實際上任何類型的扭轉元件來說，有角連接是可能的。另外，任何類型的連接可用于扭轉元件的有角連接。
有角連接的扭轉元件也可連接在閉合陣列中，如圖14所示。元件之間的有角連接便于在相同長度內在陣列中包括更多的扭轉元件，從而為陣列提供更大能力用于吸收扭轉應力。雖然只示出圓形陣列，任何閉合的陣列都是可能的并將和圓陣列一樣分享扭轉負載分布的相同特征。不論陳列是打開的或封閉的，一種陣列的對稱性及其加載的方式將決定扭轉應力分布的均勻性。從圖14還可看出，扭轉元件的閉合對稱陣列形成一種圓環，即本發明優選實施例的形狀。
扭轉元件的結構組件及其陣列也可用一種聯結器連接，如圖15至18所示，那里扭轉元件是環形的。平滑彎曲的扭轉元件沿環形管的長度可變地吸收扭轉應力，加在這種扭轉元件沿其管長上任意點的轉矩趨于扣絞扭轉元件，轉矩沿扭轉元件的本體傳輸，由扭轉元件的結構，用于吸收扭轉應力的材料的容量，和扭轉元件的曲率決定。無論如何，一種彎曲扭轉元件的負載被一種聯結器固定連接到另一種彎曲扭轉元件上，如圖15至18所示，將以相同方式傳輸到另一種元件，如示于圖1至4中的連接的扭轉元件。
至于，所有其它的扭轉元件，環形扭轉元件可連接在如圖19所示的閉合陣列中，它可形成具有扭轉強度特征的更大的環形元件框架。確實，本發明考慮到由較小環形扭轉元件構成的環形扭轉元件的自相似性，可以擴展到精確地控制所有這種環形扭轉元件的結構特征。
通過圖19，在扭轉/環形元件之間所有的連接在圖中表示為“外部的”，即用加在扭轉/環形元件外表面上的一種“外部的”連接器完成的。這種連接將繼續稱為“外部的”，與“內部的”連接相對立，它包括不使用聯結器或其它中介裝置連接扭轉/環形元件所有手段。在內部連接的扭轉元件的組合中的扭轉/環形元件示于圖20至23中的各種視圖中。
本公開中圖形的目的在于，應當理解為所示的所有緊密接近的扭轉/環形元件通過內部連接被連接在它們最靠近的區域內，除非另外指出，諸如用聯結器連接。另外，本公開的其余部分的目的在于，除非另外指示，在兩種扭轉/環形元件最靠近的地方缺少外部聯結器的外觀，并不表示這種元件是不能用聯結器連接的。如由實際應用所要求的，在圖中這樣表示的所有連接可為內部或外部的，即使在特定的圖中沒有這樣指示出來。這種約定用于圖24和25中所示的封閉陣列的實例中，那里結構組件示于圖20至23中，構成環形扭轉元件的框架。
通過在這里建立的約定，示于圖24和25的圓形的陣列包括內部連接的環形扭轉元件。可是，內部連接的觀察，示于圖26至33的各種視圖中，在示于圖24和25形成的兩種圓環之間，說明通過使用在它們的組成環形元件之間的外部連接可以實現在環形元件之間的內部連接。這種內部連接不是通過圓環的組成環形元件的耦合完成的，可能通過構成組份環形元件的環形元件間的內部連接完成。這種內部連接也可由附加元件，扭轉的或另外的元件來傳遞。另外，這種過程可以越來越小的尺寸以自相似的方式復制，下降到基本的扭轉/環形元件，它可以本身是一種構造，但不必從圓形陣列形成。
有角連接的扭轉/環形元件的陣列，這些元件本身形成的環可為橢圓形的，如圖35和36所示，或者是其它任何形狀的，并具有各種方向性特征，如其中產生的扭轉/環形元件的橫向彎曲被轉換為其組成環形扭轉元件的扭轉負載。這種扭轉/環形元件的不同構造可根據需要組合，以滿足這種扭轉/環形元件之間的管式同心連接的外在的結構要求，如圖34所示。
連接的扭轉/環形元件的線性陣列構造也可用于形成構件，如桿，管，樁或支柱，其實例示于圖42和43。這些構造也可具有類似于上面討論的圓形陣列的方向性特征，并可包括在復合管式同心的構造如圖44所示。
基本扭轉/環形元件可由認為是固體的材料，如金屬，聚合物，泡沫塑料，木材，或這種材料的管制造。這種基本扭轉/環形元件甚至可以以扭轉/環形元件框架的形式部分或全部地壓制成組件連接的扭轉元件。基本扭轉/環形元件制造可由任何標準制造方法進行，如卷繞，擠出，制模，樹脂和織物的成層，和纖維復合。
扭轉/環形元件也可用其它扭轉/環形元件構造，而不用連接的陣列，如示于圖38至41的鏈接，由六種圓環繞中心軸圓環的表面紡織條帶形成，其中全部具有全同的尺寸。這類扭轉/環形元件的主要特征是圓環的表面編織條帶，繞其圓形軸自由旋轉，只受條帶中圓環的內磨擦和彼此間摩擦力的阻礙。
可能用由閉合螺旋限定的管構成扭轉/環形元件，如圖37所示，這類環形元件的主要特征是螺旋管繞其軸自由旋轉，該軸是在管內并位于中心的曲線，僅受內摩擦阻礙。這種環形管式螺旋可繞管軸向圍繞管的任意點傳遞轉矩，并從而遍及管式螺旋分配扭轉應力。這種環形管式螺旋由連接管的周邊的扭轉/環形元件穩定，如圖37所示，因而螺旋繞其管軸的旋轉由周邊的扭轉/環形元件調節。螺旋自身可以是連接的扭轉/環形元件的陣列。
實際上扭轉/環形元件可采用任何形狀，如圖45所示，且或者可由扭轉餌形元件的適當成型的陣列，或加工為基本的扭轉/環形元件構成。
可由扭轉/環形元件使用聯結器構成的結構組件的組合和取向分類舉例說明示于圖46至49中。可用來實現這種組合和取向的聯結器實例示圖50至52，用于二元件連接，如圖1至4和5至8所示；而圖53至56用于圖46至49所示的連接的類型。
花鍵夾具聯結器和對應的扭轉/環形元件的花鍵套環屬于幾種其它企圖在扭轉/環形元件和連接聯結器之間傳遞扭轉負載的裝置之列。這種其它裝置的實例是焊接，膠合，熔接，使用緊固件，如銷釘，螺釘和夾具；以及帶有非圓形截面的扭轉/環形元件的聯結器的配套。
聯結器還可用各種機械裝置設計用于集成定位防止保持的扭轉/環形元件的運動。這種聯結器的實例示于圖50至52中，一種裂區塊聯結器，其中區塊的每一種區塊的部件61和63，裝配在花鍵夾具62上。其中聯結器影響連接的方式是通過圍繞被連接的扭轉/環形元件的花鍵套環，封閉區塊的部件61和63。并用如上面纏有壓縮帶的棘輪式滾柱扣緊裝置66以壓縮帶65拉緊進入帶槽64來結合區塊。
圖53至56所示的聯結器是一種開端聯結器，其中每一種端帽83和87及聯結器81的主體用花鍵夾具82固定，還顯示連接的類型示于圖46中。聯結器影響聯結的方式是通過圍繞被連接的扭轉元件的花鍵套環封閉端帽83和87，并用壓縮帶85將帽結合到主體塊，其中壓縮帶85用鎖銷88鎖定到主體上，并用扣緊裝置86拉緊進入帶槽84。
示于圖57和58的扭轉/環形元件像帶花鍵套環101，103，的102，104可以由具有花鍵夾具的聯結器連接。花鍵套環可以和扭轉/環形元件構成整體，或通過將花鍵套環結合到扭轉/環形元件或它們的部件上，或通過花鍵套環中的機械聯動裝置，或通過接合或緊固到花鍵套環上，由一種裝置，將花鍵套環附在上面。。如果構件沒有附著的花鍵套環，其它連接形式是可能的，如用帶成形夾具的聯結器，或由組成這種構件的扭轉/環形元件的內部連接。
帶有成形夾具的裂區塊聯結器使用結構泡沫材料，它在繞扭轉/環形元件壓縮后固化為永久的形狀，或夾住扭轉/環形元件的彈性墊層，和示于圖50至52中成形夾具將占據花鍵夾具的位置相似。然后聯結器的區塊部件或者由任一種壓縮帶鎖住就位，如在圖50至52中所示在裂區塊聯結器上所用的，或用于緊固區塊在一起的裝置如螺釘或螺栓。
使用本系統形成各結構可由稱為“結構組件”的構造進行。結構組件的一種基本形式是連接的三角形陣列扭轉/環形元件，示于圖59和60。連接成三角形結構組件的一種線性陣列形成桿，梁或支柱結構，示于圖61至63。這種組件的連接陣列可形成板或橋面結構。另一種基本結構組件是連接的立方陣列扭轉/環形元件示于圖64和65，以及連接的線性陣列示于圖66和67形成桿，梁，或支柱結構，這些結構的連接陣列可形成板，橋面和工字梁結構，如圖68所示。可以做成各種各樣的這種結構組件。
圖69是更復雜結構的一種實例，如拱或壓筋，是在當所示的結構組件連接成陣列時形成的。圖70中封閉的圓形陣列也可以是另一種扭轉/環形元件的形式。
結構也可由多角的扭轉/環形元件形成。這種形式的優選用途是作為像用于具有內部轉軸以吸收扭轉應力的復雜圓環形扭轉元件的主體，如圖7 1至73所示，在一種變化中其扭轉應力被多種內部的轉軸112所吸收。這些轉軸112是與其它構件連接的點區域，那里它們不是被環形扭轉元件的多角形的圓環形主體11 1封閉的。轉軸112在由軸承座113定位的軸承114上旋轉，軸承座113是固定安裝在主體111上的，如果軸的轉動以某種方式受到限制，在連接點處用來扭轉轉軸112的轉矩將在轉軸112中引起應力。在所示的多角形環形扭轉元件中，施加轉矩的轉軸112，在兩端用向其它轉軸112傳遞轉矩的萬向節115的裝置連接至其它轉軸112上。如果任一種轉軸112的轉動受到限制，在轉軸112上的轉矩將在轉軸112中引起扭轉應力，而且負載將利用連接它們的萬向節115的裝置傳到鄰近的那些轉軸112上。由一種轉動塊116可對轉軸112的運動加以限制，該轉動塊116是固定轉軸112的末端到主體111上或其它的阻止運動的裝置，這樣轉軸112的末端將不能自由轉動。這種轉動塊116可加到能施加轉矩的軸112的兩端，那里它伸出用于連接其它構件。如果沒有轉動塊，這些轉軸將自由旋轉。如果這些自由轉軸進而由繞元件側邊的萬向節連接，轉矩將從施加的區域傳到其它連接區。于是在元件一側引起的轉動將傳到元件的另一側，在元件內不存在顯著的約束。可是，如果轉軸的運動在元件的一側受限制，像通過連接到另一種扭轉構件，將產生扭轉負載并沿連接的轉軸均等地傳遞，且在其中引起扭轉應力。
至于其它扭轉/環形元件，多角形的扭轉/環形元件將連成陣列以形成結構組件，如圖74至77所示。使用的聯結器可能是裂塊型的，示于圖50至52中。還有其它扭轉/環形元件可采用多角的扭轉/環形元件的多種多樣的形式和組合。多角的扭轉/環形元件范圍可以從五角形到無角，側邊的數目僅受應用的限制，多角的扭轉/環形元件可以和其它扭轉/環形元件組合形成復雜的扭轉/環形元件，具有結構特性適合任何結構應用的要求。
除了在扭轉/環形元件之間，其中扭轉/環形元件保持在另一種元件周邊管外面的連接外，前面已在圖34中顯示，在扭轉/環形元件之間連接，其中一種元件在另一種的管所圍繞的空間的連接是對用同軸管的構成扭轉/環形元件的組合的有用結構替代物。這種變化示于圖78和79，其中扭轉/環形元件是同軸的，而且在圖80和81中扭轉/環形元件的是軸是彼此成角度的。
使用傳統結構系統的沒有顯著結構缺陷的難以實現的某些基本結構形式，使用沒有結構缺陷的本發明是自然的。在這些之中是示于圖84的球形構架，及示于圖86的構架塔。同樣適用的扭轉/環形元件結構的其它實例示于圖82，84，85，83，87和88中。所有顯示的結構形式，在彼此的組合中也是有用的，用于加固，美學，以及復雜結構的設計。
對某種這些結構形式很重要的是一種結構，其中其扭轉/環形元件彼此的水平壓縮支撐是由在這種扭轉/環形元件上施加垂直向下的負載產生的。該結構可描述為“水平拱形”是由多種扭轉/環形元件形成的，這些元件并排地連接在水平面中一種曲線的弧上或內部，以及相鄰構件斜靠在一起指向弧的曲率中心，如圖99所示。這種扭轉/環形元件底部的位置沿水平拱形固定在它們基礎上，水平拱形的總形狀是由它描述的，所述位置由每一種扭轉/環形元件的布局確定，因而其側邊在連接中直接或間接接觸，高于或在水平拱形的所述弧的周邊內。在每一種壓縮元件頂部附近施加垂直向下的負載作用下，則水平拱形的扭轉/環形元件水平地壓在一起。
像圖100和101中舉例說明的，水平拱形可用做依次垂直疊層構造的部件，其中每一層使下面的另一層遭受垂直向下的負載，如塔樓和多層建筑。“水平拱形”層的垂直負載將每層的扭轉/環形元件水平地壓在一起，并增大結構的水平粘聚性，從而增強其垂直承載強度。
關于球形構架，它的實例示于圖84中，用區段的復制，另一種有用的結構形式中是可能做到的，如圖85所示。然后以適當的尺寸將它連接到扭轉/環形元件上形成球面如圖84所示。球形段的復制示于圖85第一次加在141，然后再一次加在以比第一次更小的尺寸142。示于圖85的球形段的這種應用可對形成球形的所有扭轉/環形元件進行復制而產生，然后對所有的形成相繼復制的扭轉/環形元件，重復地進行，直到達到一種實用的極限，超過極限，過程是無結構效能的。這種復制的球形構架可用做一種抗內爆的壓力容器，其中容器的內部壓力可保持在比容器外部壓力較低的水平。
用設計的能運動的組成元件，不僅通過作為負載結果的撓曲，而且通過結構應力的有效管理，扭轉/環形元件也可用于產生動態結構。扭轉/環形元件也可在形狀中動態地變化，以便完成組成它們的結構的形狀，尺寸和體積的變動。
通常，結構如樓房，橋梁，甚至汽車，水上飛機，飛機機架，和空間構架，根據它們動作的方式被考慮為靜態結構。就是說，對這種結構性能的期望是，它們通過在使用的材料上應力的充分管理和連接以包括結構的材料的裝置對它們承受的負載作出響應。存在某種用移動部件建成的結構，如由滑動開啟的天花板或某種由驅動，手工或另外的，像在開文臺的外殼中產生的某種其它孔隙。本發明考慮到其應用產生動態結構，結構中材料的應力和它們的連接由扭轉/環形元件的聯結器的自動驅動和由聯結器驅動的結構的尺寸和形狀的變換進行管理。
可以完成形狀的基本變換的驅動聯結器的一種實例示于圖89至91，其中通過轉動動力，電動機135驅動由花鍵夾具132支持的一個軸承133轉動，而此轉動動力是通過使用傳動裝置134，由電動機135傳給驅動器136的。當電動機135通電時，花鍵夾具132被傳動，以一種受控的方式旋轉并因而旋轉保持在與聯結器的本體131有關的夾具中的扭轉元件，以及其它花鍵夾具132中保持的任何其它扭轉/環形元件。用這種驅動聯結器，其中一20個元件陣列的形狀變化可受影響的方式示于圖92和93中。如那些上述并示于圖89-91(但沒有示于圖92和93)的聯結器將在最靠近這些元件的區域內連接扭轉/環形元件，并將使元件的回轉以足夠的精度變化，從而達到要求所得到的結構的準確形狀和尺寸。可以以一種有組織的方式引導這種形狀或尺寸的變化對結構的所有扭轉/環形元件發生，包括復制的子結構，它將產生整體結構的形狀或尺寸的變化。這種操作的一種實例示于圖94至98的一系列示意圖中，通過改變包括長球表面框架至更圓的扭轉/環形元件的組成連接的橢圓扭轉/環形元件的形狀，那里長球面(圖94)表面的框架分階段(圖95至97)變換至球(圖98)表面的框架。這種變換導致由構架束縛的體積的縮小，其它變換是可能發生的，如通過改變包括球表面的框架至更橢圓的扭轉/環形元件組成連接的扭轉/環形元件的形狀，，那里球的表面框架變換為扁球表面的框架。這種變換將增大由構架束縛的體積。類似的但一對等容的變換也是可能發生的，正像描述的變換的逆轉那樣。
本發明的這種球體這樣顯示的方面是結構系統的一般特性。這一點可以用示意圖進一步顯示，用連接的扭轉/環形元的平面陣列變換至拋物面的表面中扭轉/環形元件連接的陣列，可由包括平面的構架，至更橢圓形的扭轉/環形元件的可計算的和可控的組成連接的扭轉/環形元件形狀變化來完成，可變地形成拋物面的構架，這種形狀變換可用于變更任何元件的陣列的形狀或尺寸，不僅是那些提供表面構架的，而且是固體的構架。
本發明也可在輪與輪胎結構中實施做為一種扭轉/環形輪體，具有不帶中心輪轂的圓環形狀，并且是通過與底層表面直接接觸或依靠其它輪或滾柱在其上面操作或驅動而旋轉的部件，如圖102所示；而且做為一種輪胎結構，它包括多種圓環形扭轉支持元件的圓陣列連接形成圓環形狀，如圖103和104所示。
圓環形輪體的結構是環形扭轉元件的構架，如圖19，87和88所示，是自撐的，并可構成可彎曲的以適應表面的不規則性。在本發明的這種實施例的先進形式中，圓環形輪體不必是圓的，而且其形狀可由內部驅動器連續地控制，如圖89至91所示的那些，以適合表面和驅動機構。圓環形輪體構架可直接用做環形輪體，或套在外殼中，如圖102所示。不用外殼，構架環形輪體可在土，砂，雪，或其松散材料組成的底層表面上操作。
輪胎結構可用做輪胎中的襯墊，如圖105所示，直接結合在輪胎體或輪胎胎殼的結構中，如圖103所示，或連接至一種中心帶，如圖103所示，或接收一種軸形成完全的輪結構的輪轂結構。本發明這種實施例的目的在于，對輪提供非充氣支持，作為非充氣的輪胎或輪本身的一部分，它可用其它氣體的、流體的，或機械裝置作輔助，包括本發明環形結構管內的那些裝置。雖然本發明提供了一種非充氣的輪胎支撐結構，它也可和充氣的，充流體的，或其它緩沖元件一起使用。輪胎支撐結構的環形管的張開的內部還允許在環形管內包含其它類型的環形結構，如圖34所示，而且允許輪和其它輪胎結構的其它應用。
從其它環形元件，如示于圖19，24和25的圓環，構造任何已知環形元件構架的方法，起始于確定要求的環形的部件曲率，隨之以環形構架的規劃。例如，在一種平面內的圓環形狀將只具有一種曲率半徑，圓環形的半徑。更復雜的環形，如圖35和36所示的橢圓環，將具有多于一種曲率半徑，其數目取決于構造中使用的元件數和對要求的橢圓曲率近似的緊密度。對這種復雜的彎曲圓環，組成元件的數目和曲率半徑是互相聯系的。圖106是有圖解的規劃用于以表示包含尺寸數的較小環形元件151的環形構架的構造。對帶有近似圓截面的管的已知圓環形構架的構造，其中，輪環半徑是RT，環形管半徑是Tr，元件數為n，一種元件占據的弧的角度是Phi＝360/n,環形元件的半徑是r，圖106中標記的角度和長度的關系如下RO＝RT+Tr；RI＝RT-Tr；Ro＝RO-r；Ri＝RI+r；Sin(Theta)＝r/Ri；Sin(Psi)＝r/Ro；Li＝r/Tan(Theta)；Lo＝r/Tan(Psi)；x＝Ro*Sin(Phi-Psi)，(*指的是相鄰量間的乘法)；Ld＝Ro*Cos(Phi-Psi)-Li；Tan(Alpha)＝(x-r)/Ld；Ej(dia)＝(x-r)/Sin(Alpha)，對于已知的RT，Tr，n和r，這些關系式可用來求出Li，Ej(dia)和Alpha。而且在一起足以用于圓環形構架的規劃。這一組關系式可通過標準的數學方法求出數字解，并將在今后稱為環形元件構架規劃的運算法則。環形構架的構造包含多種曲率半徑，甚至在多于一種平面中，通過求解環形構架的每個部分相似的每種圓構架的關系，，可作出同樣的規劃。然后通過制備一種用于定位元件的樣板/壓模，此樣板/壓模構成了用環形元件構架規劃運算法則提供說明的環形構架。在樣板/壓模中定位組成的環形元件，并連接如此定位的組成環形元件，可進行環形元件框架構的構造。例如，通過在平表面中插入一系列銷釘152，該平面上擬出了圖106所示的規劃，銷釘的位置畫出了組成元件151的位置，可用一種平面制備出環形構架的簡單樣板/壓模。然后組成元件可放在這樣畫出輪廓的位置中的銷釘之間再連接起來。組成元件的位置也可由三角形或矩形塊，或其它類型的止動器或夾具或其它根據構造環形構架結構的規劃在組成元件間保持或限定角度的其它定位裝置畫出輪廓。這種其它裝置還包括在可以配合組成元件的規劃表面中形成的凹坑。定位裝置也可調節以適合具有可變的組成元件的各種尺寸的環形構架構造的規劃。然后可用人工或用帶有裝著靜態或運動的，旋轉的或另外的環形元件的樣板/壓模的自動化裝置進行連接。
樣板/壓模也可使用上述為此構造的相同原理用于非平表面，不同之處在于當對非平表面的切平面在正確角度處設置銷釘，以正確地定位連接的環形元件時，必須計入附加尺寸的曲率。
用環形元件構造圓頂的進程顯示為圖99至101中帶有環形元件隔層的圓項。構造這種圓頂的方法起自確定圓頂基礎的形狀。該基礎可能是圓形的或由具有不同曲率的部件的分段近似表示的更復雜的曲線構成的。圖107和108是用顯示包含的尺寸數量的環形元件163的圓頂構架的構造的示意圖。在圖中垂直平面161和162只是用于顯示圓頂構架的尺寸和構成它的環形元件163之間的關系。為構造已知的球形圓頂構架，那里基礎環形元件數是n，球的半徑是S，水平元件角度是f＝360/n，基礎的偏差是t，垂直元件角是e，而元件接合角是p，在圖107和108中標出的角和長度間的關系如下元件半徑，R＝S*Sin(e/2)；上基礎半徑；Ur＝Cos(t+e)；上基礎高度Uh＝S*Sin(t+e)；下基礎半徑，Lr＝S*Cos(t)；下基礎高度Lh＝S*Sin(t)；以及e和p中之間的關系式由下列齊次方程給定
用標準數學方法可求出這組方程的數字解，并將在今后稱為環形圓頂構架的規劃運算法則。可以修改環形圓頂構架的運算法則，以助于用于實際上具有任何基礎形狀或仰角的球體結構的隔層和疊層的環形圓頂構架的規劃。
然后通過在用環形圓頂構架規劃運算法則指定的所述環形元件的裝置上，定位到那里的組成環形元件，連接用環形圓頂規劃運算法則規定尺寸的環形元件，可以進行圓頂構架構造的施工，通過利用由環形圓頂構架規劃運算法則提供的說明書的樣板/壓模，并連接這樣定位的組成環形元件，工作可以簡化。然后，這些連接可以用人工或自動化裝置加上。這些圓頂也可以在與它們基礎處相對地聯結以形成完全的或部分的球體構造。在塔樓構造的情況下，如那些示于圖87和88的，構造方法將同樣進行。
而本發明已在優選實施例方面公開，可以理解并未企圖將本發明限于特定顯示的實施例，但卻意圖覆蓋各種替代物和包括在附屬權利要求的精神和范圍的等價構造。
附圖簡述圖1是由兩種聯結器在相同取向連接的兩種打開的矩形扭轉元件的平面圖。圖2是示于圖1的打開的矩形扭轉元件連接的分解圖。圖3是示于圖1的扭轉元件的透視圖。圖4是圖3所示的打開的矩形扭轉元件連接的分解圖。圖5是兩種打開的矩形扭轉元件由四種聯結器通過一種中間扭轉元件在相反取向連接的平面圖。圖6是示于圖5的打開的矩形扭轉元件連接的分解圖。圖7是圖5中扭轉元件的透視圖。圖8是示于圖7的打開的矩形環形元件連接的分解圖。圖9是兩種‘M’形的扭轉元件由四種聯結器通過一種中間扭轉元件在相反取向連接的平面圖。圖10是圖9中扭轉元件的透視圖。圖11是兩種‘U’形打開的矩形扭轉元件由兩種聯結器在相反取向連接成一定角度的透視圖。圖12是兩種‘U’形打開的矩形扭轉元件通過一種中間扭轉元件由四種聯結器在相反取向連接成一定角度的透視13是打開的矩形扭轉元件的6種連接對連成線性陣列的透視圖，每一對由兩種聯結器彼此連成一定角度。圖14是32對‘U’形扭轉元件由四種聯結器在相反取向連成一定角度時，通過一種中間環形元件連接成圓形陣列形成圓環的透視圖。圖15是兩種環形扭轉元件由一種聯結器連成一定角度的透視圖。圖16是圖15中環形扭轉元件的側視圖。圖17是示于圖15的環形扭轉元件的平面圖。圖18是示于圖15的環形扭轉元件的仰視圖。圖19是示于圖15-18的32對環形扭轉元件連成圓形陣列形成圓環的透視圖。圖20是兩種環形扭轉元件沒有外部聯結器連成一定角度的透視圖。圖21是圖20中環形扭轉元件的側視圖。圖22是圖20中環形扭轉元件平面圖。圖23是圖20中環形扭轉元件的仰視圖。圖24是64對有角連接的環形扭轉元件連成圓形陣列形成圓環的平面圖。圖25是圖24中所示的圓環的透視圖。圖26是兩種圓環的側視圖，圓環是如圖24中所示聯結器內部連接的一種，是由一種帶有另一種的最接近的環形元件的多種環形元件連接的。圖27是圖26中在圓環之間內部連接區域的分解圖。圖28是示于圖26的兩種圓環的另一種側視圖。圖29是圖20至23中在圓環之間內部連接區域的分解圖。圖30是圖28中兩種圓環在箭頭方向的視圖。圖31是圖30中在圓環之間內部連接區域的分解圖。圖32是圖30中兩種圓環在箭頭方向的透視圖。圖33是示于圖32的圓環之間內部連接區域的分解圖。圖34是由兩種管式同心圓環形成的圓環的透視圖，一種同心圓環內外都是圖20至23所示的32對環形扭轉元件連成圓形陣列形成的圓環，但具有環形元件對的不同角度取向。圖35是如圖20至23所示的20對環形扭轉元件連成橢圓形陣列形成一種圓環的平面圖。圖36是示于圖35的由橢圓形陣列形成的圓環的透視圖。圖37是帶有圓形螺旋管的環形元件的透視圖，其管是由較小管式直徑的同軸環形元件鄰接的，它們是結合的，束縛的或以另外方式連接到中心環形元件的。圖38是由七種互相鏈接的環形元件組成的環形元件的平面圖，其管可以是結合的，束縛的或以其它方式彼此連接的。圖39是圖38中環形元件的截面圖。圖40是圖38中環形元件的透視圖。圖41是圖38中環形元件的側視圖。圖42是示于圖20至23的多種環形元件對的透視圖，它們連成線性陣列以形成直的圓柱形桿，支柱或管。圖43是連成線性陣列形成直圓柱形桿，支柱或管的多種環形元件對的透視圖，它們具有和那些包含圖42所示結構的不同的有角形取向。圖44是示于圖42的線性陣列的透視圖，它連接到并同軸地封閉圖43中顯示的線性陣列。圖45是帶有兩種相反的半橢圓側邊和兩種相反的直邊的環形元件的透視圖。圖46至49表示在環形元件之間的各種連接(偶數的表示平面圖而奇數表示透視圖)。圖50，51和52是帶有花鍵夾具的聯結器的透視圖，它表示所示的兩種元件連接，分別是打開的聯結器、壓縮帶，及所加壓縮帶的閉合的聯結器。圖53，54，55和56是帶有花鍵夾具的聯結器的透視圖，它用于連接軸向的斜的環形元件，分別表示打開聯結器，壓縮帶，用所加的壓縮帶閉合聯結器，，以及在夾具軸間帶任意角的聯結器(也用所加的壓縮帶)。圖57至58是在元件相對側邊具有兩種花鍵套環的環形元件透視圖，這兩種花鍵套環是附在包含它們的的環形元件上的。圖59是結構組件的側視圖，該組件包括三種環形元件連接以形成三角形。圖60是示于圖59的結構組件的透視圖。圖61是示于圖59的8個結構組件的線性陣列的側視圖，它形成支柱，梁或三角形截面的桿結構。圖62是示于圖61的線性陣列的俯視圖。圖63是示于圖61的線性陣列的透視圖。圖64是結構組件的側視圖，它包括六種連接的環形元件以形成矩形箱。圖65是圖64中結構組件的透視圖。圖66是示于圖64的8個結構組件的線性陣列的側視圖，它形成支柱，梁，或矩形截面的桿的結構。圖67是示于圖66的結構的透視圖。圖68是示于圖64，形成工字鋼或梁結構的8個結構組件的3層垂直線性陣列的雙寬度透視圖。圖69是連成半圓形陣列形成拱形的環形扭轉元件的45個矩形結構組件三寬度半圓形陣列的透視圖。圖70是連成圓形陣列的環形扭轉元件的90個矩形結構組件的透視圖。圖71是六角形環形元件的剖開平面圖，帶有2組3個轉動結合的內部轉軸，一組在每半個相對的六角形內。圖72是圖71中環形元件的局剖開透視圖。圖73是圖71中環形元件的局剖開側視圖。圖74是示于圖71中兩種六角形環形元件由一種聯結器有角連接的側視圖。圖75是圖74中兩種環形元件的平面圖。圖76是圖74中兩種環形元件的仰視圖。圖77是圖74中環形元件的透視圖。圖78是如圖24所示的環形元件透視圖，它連接到其內部的類似同心環形元件，環形元件的半徑包括相等的內外環形元件。圖79是示于圖21中的32對環形扭轉元件形成的環形元件的透視圖，它們連成圓形陣列連接到由32對取向由圖22所示的有角連接的環形扭轉元件形成的同心內環形元件上，連成圓形陣列。圖80和81表示成不同角度的兩種環形元件的兩類同心連接(偶數表示平面圖，奇數表示透視圖)。圖82是相等數目的向上縮小直徑的圓環的相繼的隔層形成的圓頂結構立式示意圖，每一種圓環在六點上連接到那些被類似的較小直徑的圓頂結構鄰接封頂圓環上，以形成復合的圓頂結構。圖83是相等數目的向上縮小的直徑的環形元件的相繼的層形成的兩種圓頂結構形成的球形結構的立式示意圖，每一種環形元件在四點上連接到那些相鄰的，連成相反的極性取向的環形元件上。圖84是由二十種連接的環形元件組成的球形/十二面體結構側視圖，它的空隙由較小直徑的環形元件擠接，用一組如圖85所示的元件按比例連接到結構中最高的環形元件，用一種類似的組的類似連接類似地按比例連接到第一組最高的環形元件。圖85是一組6個連接的環形元件，包括圖84中球形/十二面體結構的最前面的部分。圖86是由向上縮小尺寸的連接的棱鏡形結構組件的垂直陣列形成塔樓結構的透視圖。圖87是由相等數目的向上縮小直徑的圓環的相繼的隔層形成的圓錐形塔樓結構的立式示意圖，每種圓環在四點上連接那些相鄰的圓環。圖88是由相等數目的向上縮小直徑的圓環的相繼隔層形成的圓錐形塔樓結構的立式示意圖，每種圓環在六點上連接那些相鄰的圓環。圖89，90和91是具有花鍵夾具的驅動二元件聯結器的透視圖，后面兩種是表示在聯結器體內用于每一種花鍵夾具的電動機，傳動裝置，驅動器的剖開視圖。圖92和93表示一系列環形元件變換形狀的平面圖，從形成圓環的40個環形元件的圓陣列的形狀到形成橢圓環的一種橢圓陣列的形狀。圖94至98表示通過較小體積的中間結構，一系列長球結構的形狀變換到一種扁球結構的發展階段的示意立式圖。圖99是20個環形元件的圓形水平拱形的透視圖。圖100是如圖99所示的由圓形水平拱形的兩種隔層形成的結構的透視101是如圖99所示的由圓形水平拱形的三種隔層形成的結構的透視圖。圖102是套在外殼中的環形輪體的構架的剖開透視圖。圖103是輪和輪胎結構(最低的五種元件詳細表示，其余元件用圖解表示)埋在一種基質中的剖開透視圖。圖104是輪和輪胎結構(最低的種五種元件詳細表示，其余元件用圖解表示)由一種公用的帶支持的透視圖。圖105是帶有在圖104中安裝的輪和輪胎結構的輪胎透視圖。圖106是一種數學圖顯示一種規劃的角度和長度之間的關系，用于以較小環形元件表示包含的尺寸數量的環形元件構架的構造。圖107是表示尺寸數量的圓頂的示意數學圖的透視圖，以顯示一種規劃的角度和長度之間的關系，用于環形圓頂構架的構造。圖108是表示尺寸數量的圓頂的示意數學圖的立式示意圖，以顯示一種規劃的角度和長度的關系，用于環形圓頂構架的構造。
執行本發明的最佳方式最佳方式是本發明的優選實施例，并利用采用環形的扭轉元件構造的環形元件。使用環形扭轉元件的優選實施例利用系統將多數構造的壓縮，拉力，和彎曲負載轉到構造包含的扭轉元件的扭轉負載上。使用環形扭轉元件使自撐的圓環的構造成為可能。
工業應用性本發明的用途包括每一種可以想像的結構橋梁，塔樓，家具，飛機，地面和水上車輛，用具，儀器，樓房，圓頂，飛艇，空間結構和車輛，行星的和空間的居住區。通過該系統考慮到的并在結構上和經濟上成為可能的這種結構的數量范圍從微小伸展到巨大的構造。使用本發明的可能的結構不限于任何特定的設計，而且甚至是自由形成的。
某些結構形式可用在不穩定地基條件下建造樓房，而且可以經受地基運動和失效。本發明的主要目的是1、提供一種萬能的結構系統，用于包括連接的扭轉/環形元件并具有高度結構完整性，強度，效率和靈活性的所有類型的不動的和移動的結構。2、提供一種結構系統其中壓縮，拉伸和彎曲的形式的結構負載轉化為構成它的扭轉元件的扭轉負載，因此這種扭轉元件承受結構負載的最大部分。3、提供一種結構系統其中扭轉/環形元件構成的結構是均勻加載的，因而構成這種扭轉元件的材料是均勻受力的，從而得到高強度重量比。4、提供一種結構系統，其中負載適當分布在所有扭轉/環形元件上。5、提供一種結構系統，它在外觀上是完整的，引人注目的，便于自撐的環形扭轉元件的美學設計，其中彎曲結構，在建筑上是自然的。6、提供一種結構系統，通過可調的及/或驅動的結構連接具有動態形狀變換和負載的動態再分配的性能，同時保持結構強度和完整性。7、提供一種結構系統，它是經濟的，適于自動設計，自動加工，和結構上的，并在其最小元件和最大構件形式的極限裝配中適用。8、提供一種結構系統，其中所有元件的所有結構特征可以精確地預定，設計，給出。9、提供一種結構系統，其中傳統的結構元件如橫梁，工字梁，甲板，桁架等可由扭轉/環形元件構成，并作為傳統構件結合在傳統結構中。10、提供一種結構系統，其中各種扭轉/環形元件可用所有尺寸的，材料和負載特征標準化并存入數據庫，以便提供部件的自動選擇用于其結構設計。11、提供一種結構系統與傳統的結構系統兼容。
權利要求
1.一種結構系統包含(a)多種扭轉/環形元件，以及(b)連接扭轉/環形元件的裝置。
2.根據權利要求1所述的結構系統，其中扭轉/環形元件在連接中彼此牢固地保持在適當位置。
3.一種結構系統，包含多種扭轉/環形元件連接以形成結構。
4.根據權利要求3所述的結構系統，其中扭轉/環形元件在一種或更多種連接中彼此牢固地保持在適當位置。
5.一種結構系統，包含多種連接的扭轉/環形元件，以致在一種或更多連接中扭轉/環形元件牢固地保持在適當位置。
6.一種結構系統包含(a)多種扭轉元件，以及(b)連接扭轉元件的裝置。
7.根據權利要求1的結構系統，其中在連接中扭轉元件彼此牢固地保持在適當位置。
8.一種結構系統包含多種扭轉元件，連接形成一種結構。
9.根據權利要求8所述的結構系統，在一種或更多連接中，其中扭轉元件彼此牢固地保持在適當位置。
10.一種結構系統包含多種連接的扭轉元件，以致在一種或更多的連接中扭轉元件牢固地保持在適當位置。
11.一種結構系統包含(a)多種環形元件，以及(b)連接環形元件的裝置。
12.根據權利要求1所述的結構系統，其中環形元件在連接中彼此牢固地保持在適當位置。
13.一種結構系統包括多種環形元件，連接形成一種結構。
14.根據權利要求13所述的結構系統，其中在一種或更多的連接中，環形元件彼此相對牢固地保持在適當位置上。
15.一種結構系統，包含多種連接的環形元件，在一種或更多種連接中，它們彼此相對牢固地保持在適當的位置。
16.非圓頂的和非球形結構的結構系統包含(a)多種環形元件，以及(b)連接環形元件的裝置。
17.根據權利要求16所述的結構系統，在連接中其中環形元件彼此相對牢固地保持在適當的位置。
18.一種非圓頂的和非球形結構的結構系統，包含多種環形元件連接形成一種結構。
19.根據權利要求18所述的結構系統，在一種或更多種連接中，其中環形元件彼此相對牢固地保持在適當的相對位置。
20.一種非圓頂的和非球形結構的結構系統，包含多種連接的環形元件，有利于在一種或更多種連接中，它們牢固地保持在適當的位置上。
21.一種球形和圓頂形的環形元件結構系統包含(a)多種環形元件；(b)所述元件布置在一種假想圓頂的表面上；(c)多數所述元件連接到四種其它所述元件上；而且(d)所述元件安排在行狀的層中，第一種這樣的層是在結構基礎處結構的框架，而每一種相繼的層附在結構的極的方向形成圓頂形或球形結構的框架。
22.一種圓頂形和球形結構的環形元件的結構系統包含(a)多種環形元件；(b)所述元件布置在一種假想圓頂的表面上；以及(c)所述元件以一種行狀層的方式連接到其它所述元件上，第一種這樣的層是在結構的基礎處結構的框架，而每一種相繼的層附在結構的極的方向形成圓頂或球形結構的框架。
23.一種用于圓頂形和球形結構的環形元件的結構系統，包含(a)多種環形元件；以及(b)連接環形元件的裝置；(c)所述元件包括多種元件的相繼的層，以及(d)從結構的基礎到頂，所述層是相繼排列的，每一種所述層布置在封閉曲線上，以致每一種所述層形成遍及其范圍的水平拱形，它是從由每層的閉合曲線封閉的面積向外凸的，所述的最低層在結構的基礎處，而每種相繼的層布置在閉合曲線上，它包括該層的每種元件底部的連接點，用前面相繼層的元件形成圓頂或球形結構的框架。
24.一種用于圓頂形和球形結構的環形元件的結構系統包含(a)多種環形元件；以及(b)連接環形元件的裝置；(c)所述元件包括多種元件相繼層，從結構的基礎到極所述層是相繼排列的，每一種所述層是這樣安排的，以至第一種多數環形元件并排地連接到結構基礎平面曲線的弧中，同時和相鄰的環形元件靠在一起指向弧的曲率中心；其中所述環形元件的位置沿水平弧固定在它們的基礎處，致使環形元件的行狀層布置在與結構重合的假想半球的表面上；所述位置由每一種所述環形元件的布局確定，因而它們橫向連接在曲線的所述弧周邊上面和內部以形成圓頂形或球形結構框架。
25.根據權利要求21至24的任一個權利要求的結構系統，其中環形元件的尺寸是變化的。
26.根據權利要求21至24的任一個權利要求的結構系統，其中在每一種所述層的每種環形元件的尺寸和每層內的元件基本相同。
27.根據權利要求21至24的任一個權利要求的結構系統，其中包括每一個所述層的環形元件的尺寸小于下一個相繼層的環形元件的尺寸。
28.根據權利要求21至24的任一權利要求的結構系統，其中高于基礎層和低于最靠近頂層多數環形元件連接四種其它環形元件，形成圓頂形，半球形或球形結構的框架。
29.根據權利要求21至24的任一權利要求的結構系統，其中多數高于基礎和低于最靠近極的層的環形元件連接六種其它環形元件，形成圓頂形，半球形或球形結構的框架。
30.根據權利要求1至24的任一權利要求的結構系統，其中沒有從鏈接或相交的元件產生的連接。
31.根據權利要求1至24的任一權利要求的結構系統，其中一種或更多種連接是可調的，因而在一種連接中一種或更多種所述元件的位置可改變。
32.根據權利要求1至24的任一權利要求的結構系統，其中連接是這樣的，即這種元件在連接中將沒有連接中的顯著運動。
33.根據權利要求1至24的任一權利要求的結構系統，其中連接是這樣的，即定位在連接的這種元件在連接中將沒有顯著的運動。
34.根據權利要求1至24的任一權利要求的結構系統，其中連接是這樣的，即通過調節連接定位在連接中的這種元件在連接中將沒有顯著的運動。
35.根據權利要求1至24的任一權利要求的結構系統，其中連接是這樣的，這種元件在連接中的任何運動將由該連接調節。
36.根據權利要求1至24的任一權利要求的結構系統，其中連接是這樣的，即這種元件可在連接中運動，而且這種運動將由該連接調節。
37.根據權利要求1至24的任一權利要求的結構系統，其中連接是這樣的，這種元件可在一種連接中運動而且這種運動將由該連接調節，以致所述元件此后在連接中不會另有顯著的運動。
38.根據權利要求1至24的任一權利要求的結構系統，其中連接是這樣的，即連接中這種元件運動后，這種運動將由該連接調節，以致所述元件此后將不會另有顯著的運動。
39.根據權利要求1至24的任一權利要求的結構系統，其中連接是這樣的，即在這種元件在該連接中通過連接移動后，這種運動將由連接調節，以致所述元件以后，不會另有顯著的運動，除非由該連接移動。
40.根據權利要求1至24的任一權利要求的結構系統，其中連接是這樣的，即這種元件可被一種連接移動，然后由該連接保持在由這種運動產生的位置，以致所述元件在連接中將不會有顯著的運動，除非再一次由該連接移動。
41.根據權利要求1至24的任一權利要求的結構系統，其中驅動一種或更多種連接，以至一種或更多這種元件可由一種連接移動，然后由該連接保持在這種運動產生的位置，因而，所述元件在連接中將不會有顯著的運動，除非再一次由連接移動。
42.以其它環形元件構造任何已知環形元件架構的方法包含確定要求的環形的部件曲率；用環形元件架構規劃運算法則規劃環形框架；由所述規劃運算法則規定定位組成的環形元件；而且連接這樣定位的組成環形元件。
43.用環形元件構造圓頂的方法包含確定圓頂形狀和圓頂基礎的形狀；用環形圓頂架構規劃運算法則規劃環形圓頂架構；由所述規劃運算法則按規定定位組成的環形元件；連接這樣定位的環形元件在并用所述規劃運算法則指定的所述的環形元件的位置上。
44.根據權利要求41或42的方法，其中追隨前兩步加入第三步，該方法包含利用所述規劃運算法則以提供的說明書制備一種樣板/壓模用于定位環形元件。
45.根據權利要求41或42的方法，其中追隨前兩步加入第三步，該方法包含制備利用所述規劃運算法則規定尺寸的環形元件。
46.環形元件架構規劃運算法則包含圖106表示的圖顯示在角度和長度之間的幾何關系；以及對于已知的RT，Tr，n和r，用標準數學程序求解的下列關系式數量級Li，Ej(dia)，和Alpha；其中輪環半徑是RT，環形管半徑是Tr，元件數目是n，由一種元件占據圓弧的角度是Phi＝360/n，及環形元件的半徑是rRO＝RT+Tr；RI＝RT-Tr；Ro＝RO-r；Ri＝RI+r；Sin(Theta)＝r/Ri；Sin(Psi)＝r/Ro；Li＝r/Tan(Theta)；Lo＝r/Tan(Psi)；x＝Ro*Sin(Phi-Psi)，(*指在相鄰量間的乘法)；Ld＝Ro*Cos(Phi-Psi)-Li，Tan(Alpha)＝(x-r)/Ld；Ej(dia)＝(x-r)/Sin(Alpha)。
47.一種環形圓頂架構規劃運算法則包含示于圖107和108的圖表示，角度和長度間的幾何關系；以及由標準數學程序求解關系式，求數量e和p，及所有因變量；其中基礎環形元件的數目是n，球的半徑是S，水平元件角是f＝360/n，基礎的偏角是t，垂直元件角是e，而元件結合角度是p，在圖107和108標記的角度和長度之間的關系式如下求元件半徑，R＝S*Sin(e/2)；求上基礎半徑，Ur＝Cos(t+e)；求上基礎高度，Uh＝S*Sin(t+e)；求下基礎半徑，Lr＝S*Cos(t)；求上基礎高度，Lh＝S*Sin(t)；以及在e和p之間的關系式由下列齊次方程給出e＝2·ArcSin[Tan(0.5·f)·Tan(45-0.5·p)]
48.提供利用扭轉/環形元件結構的方法包含加工多種扭轉/環形元件；并連接扭轉/環形元件以便形成結構。
49.提供利用扭轉元件結構的方法包含加工多種扭轉元件；并連接扭轉元件以便形成結構。
50.提供利用環形元件結構的方法包含加工多種環形元件；并連接環形元件以便形成結構。
51.水平拱形包含多種扭轉/環形元件，它們并排地連接在水平面中曲線的弧中，用所述相鄰的扭轉/環形元件傾斜靠在一起，指向弧的曲率中心；其特征在于所述扭轉/環形元件的位置固定在沿水平弧的它們的基礎處，因此水平拱形的總形狀是由此描述的；所述位置由每一種所述扭轉/環形元件的布局決定，以致其側邊連接在所述的水平拱形弧線周邊以上和內部。
52.一種環形輪體包含連接的扭轉元件的環形架構結構。
53.根據權利要求51所述的環形輪體，其特征在于環形輪體的形狀由扭轉元件連接的驅動連續地控制。
54.一種非充氣輪和輪胎結構包含(a)多種支撐環形扭轉元件連接在圓形陣列中形成環形，其中每一種環形扭轉元件的軸線垂直于形成所述環形的所述圓形陣列的軸線。(b)其特征在于所述支撐環形扭轉元件在輪和輪胎結構的所述環形的徑向中是彈性的，以至通過徑向向內指向輪和和輪胎結構中心的所述環形扭轉支撐元件，輪和輪胎結構的載荷承載了支撐環形扭轉元件。
55.根據權利要求53所述的非充氣輪和輪胎結構，其特征在于環形支撐元件由埋藏在彈性測量材料中的基體連接。
56.根據權利要求53所述的非充氣輪和輪胎結構，其特征在于環形支撐元件由附件機構連接到一種帶上，而此帶是被定位在輪和輪胎結構內的每種環形支撐元件位置的最接近地徑向內處的位置。
57.權利要求53的非充氣輪和輪胎結構，其特征在于環形支撐元件是通過相互連接到中心輪轂結構用于接收一種軸。
58.非充氣輪和輪胎結構包含(a)多種自撐式環形扭轉元件；以及(b)彼此連接所述環形扭轉支撐元件的裝置。(c)其特征在于所述環形扭轉支撐元件連接在圓形陣列中形成環形，其中每種環形支撐元件的軸線重直于形成環形的環形扭轉元件的所述圓形陣列的軸線；以及(d)其特征在于環形支撐元件在輪和輪胎結構的所述環形的徑向是彈性的；以致通過徑向向內地壓縮所述環形扭轉元件指向輪和輪胎結構中心使輪和輪胎結構的負載，承載所述環形扭形元件。
59.一種用于構造環形元件架構的定位扭轉/環形元件的樣板/壓模包含(a)一種表面板；以及(b)在表面板上用于定位扭轉/環形元件的裝置；致使扭轉/環形元件保持在這樣草擬的位置以便連接形成的環形元件。
60.一種用于構造環形元件架構的定位扭轉/環形元件的樣板/壓模包含(a)一種表面板；以及(b)止塊附著在表面板上草擬扭轉/環形元件位置的表面板上；以致扭轉/環形元件保持在這樣草擬的位置上以便連接形成環形元件。
61.根據權利要求58或59所述的樣板/壓模，其特征是用于扭轉/環形元件定位的說明書是通過使用環形元件架構規劃運算法則提供的。
全文摘要
本發明公開了一種扭轉/環形元件(184,圖84)的結構系統,可連接形成帶有更大結構強度和效率的結構,有能力承受壓縮,拉力和彎曲負載,這是通過將這種負載轉化為連接的扭轉/環形元件的扭轉負載。本發明還包括使用扭轉/環形元件的構造方法。
文檔編號E04B1/32GK1345393SQ00805555
公開日2002年4月17日 申請日期2000年3月20日 優先權日1999年3月26日
發明者I 普羅維托拉·安東尼 申請人:I 普羅維托拉·安東尼